2016 m. Rio de Žaneire (Brazilija) vykusiose olimpinėse žaidynėse DiRado laimėjo keturis medalius - du auksinius, vieną sidabrinį ir vieną bronzinį. Pirmoje varžybų naktį DiRado užėmė antrą vietą 400 metrų individualų medley lenktynėse 4:31.15 už Katinka Hosszú, kuri sulaužė pasaulio rekordą. Ji taip pat laimėjo bronzinį medalią 200 metrų individualiniame varžybose asmeniniu geriausiu laiku 2:08.79, už Hosszú ir Siobhan-Marie O'Connor, kurios atitinkamai laimėjo auksą ir sidabrą. Net jei ji neplaukė 200 metrų laisvosios stiliaus lenktynių, DiRado buvo įvardijama į 4 × 200 metrų laisvosios stiliaus finalą.
Šlapelio prie vagonų. Kartu su Allison Schmitt, Leah Smith, ir Katie Ledecky, DiRado laimėjo savo pirmąjį olimpinio aukso medalį. Paskutinėje lenktynėse, 200 metrų nugaros lenktynėse, DiRado vėl susidūrė su Hosszú, kuri buvo favorituoti laimėti šį renginį. Hosszú vadovavo visą lenktynią, kol DiRado per paskutinįjį 25 metrų atstumą nepasiekė Hosszú 6 šimtų, 2:05.99 iki 2:06.05, ir laimėjo.