Schrijf een vervolg op deze paragraaf - Bromell kwam in Rio aan voor de Olympische Spelen en nam deel aan de Parade of Nations op 5 augustus 2016. Acht dagen later, op 13 augustus 2016, deed hij mee aan zijn 100m heat, waar hij als tweede eindigde met 10,13 seconden, achter Ben Youssef Meite van Ivoorkust. De volgende dag, net als het jaar ervoor, werd Bromell getrokken in dezelfde halve finale als Andre De Grasse en Usain Bolt, en eindigde opnieuw op de derde plaats achter de twee. Bromell versloeg Chijindu Ujah van Groot-Brittannië met 2 milliseconden om de laatste kwalificatieplaats voor de finale te nemen, in 10,01 seconden. Minder dan twee uur later, raced Bromell in de finale, eindigend achtste in 10.06. Bromell rustte uit voor de 4 × 100 m finale.
, waar hij plaatsen zou ruilen met Michael Rodgers om anker been te lopen in plaats van de eerste. In de finale worstelde Bromell om het bij te houden met de Japanse anchor Asuka Cambridge, en dook aan de lijn om als derde te eindigen, slechts 2 honderdsten achter hem, maar 2 honderdsten voor op de Canadese anchor Andre De Grasse. Bromell viel na zijn duik in pijn op de grond en Rodgers hielp hem op te staan terwijl het medisch team hem van de baan hielp. Terwijl zijn team hun bronzen medaille vierde, onthulde een scan dat Bromell zijn Achilles had gescheurd. Meer teleurstelling kwam toen bleek dat een onjuiste eerste ruil resulteerde in een diskwalificatie, waardoor Bromell en zijn teamgenoten uit Beijing opnieuw hun medaille verloren.