Belmonte dosáhl historického vítězství pro Španělsko, když získal zlatou medaili v běhu na 200 metrů motýlem.
10. srpna v čase 2:04.85, což bylo 3 setiny vteřiny před stříbrnou medailistkou, australskou plavkyní Madeline Grovesovou. Byla první španělskou plavkyní, která se stala olympijskou šampionkou. Její zlatá medaile byla první zlatá medaile v bazénu na olympijských hrách pro španělského plavce jakéhokoli pohlaví od roku 1992.