في الألعاب الأولمبية في ريو دي جانيرو عام 2016، زادت فليكس من مجموع الميداليات الأولمبية إلى تسع ميداليات: ستة ذهبية وثلاثة فضية، متساوية مع سجل الأسطورة الجامايكية ميرلين أوتي لأكبر عدد من الميداليات الأولمبية التي فازت بها رياضية سباق الميدان، على الرغم من أن معظم مجموعة ميداليات أوتي تتكون من ميداليات فردية. أمل فيليكس في الفوز بالميدالية الذهبية الأولمبية في سباق الـ400 متر، ظهر بعد فواتها 0.07 من شوناي ميلر من جزر البهاما، والتي قامت بالغوص القانوني ولكن المثير للجدل عبر خط النهاية بينما كان فيليكس يقترب بسرعة من المسافة. فيليكس تعافى من أداء مخيب للآمال ليحصل على ذهبيين مع الولايات المتحدة 4 × 100 متر
و 4 × 400 متر فرق التتابع. فوز 4 × 100 متر استرجاعي جذبت الكثير من الجدل، حيث تم استبعاد فريق الولايات المتحدة في البداية في دورة نصف النهائية بعد أن أسقط فيليكس العصا أثناء محاولة التسليم إلى إنجليش غاردنر. ومع ذلك، أظهرت التكرارات أن المتسابقة البرازيلية في الممر المجاور هزت ذراعها وعرقت فيليكس عن طريق الخطأ قبل التسليم مباشرة، مما تسبب في فقدان توازنها. بعد ما تم قبول الطعن، تم منح فريق الولايات المتحدة مسابقة فردية في اليوم التالي. مع نجاح محاكمة التوقيت، تقدمت فيليكس وزملائها في الفريق إلى النهائي، والذي فازوا فيه في 41.01 ثانية، ثاني أسرع 4 × 100 متر في التاريخ.