Completează următoarea frază: După aceea, Cielo a participat la Jocurile Olimpice de Vară din 2008 de la Beijing, unde a doborât recordul Americii la 4×100 de metri stil liber, cu un timp de 47,91 secunde. Deși echipa braziliană a fost descalificată, recordului lui Cielo i s-a permis să rămână. În
La 100 de metri stil liber, Cielo s-a calificat în finală, ocupând locul al optulea în turneu, cu un timp de 48,07 secunde. Cielo a excelat în prima parte a primei semifinale, ajungând pe locul al doilea, cu 22,62 secunde, dar terminând pe locul cinci. În finală, Cielo a adoptat o tactică diferită, devenind al treilea, mai lent (22,74 secunde) decât în semifinale, și economisind energie pentru finisare, ceea ce a dus la câștigarea medaliei de bronz și ruperea recordului sud-american cu un timp de 47,67 secunde (legat cu înotătorul american Jason Lezak). Alain Bernard a câștigat medalia de aur și Eamon Sullivan a câștigat argintul. La scurt timp după ce a câștigat medalia de bronz, Cielo a dat o declarație presei braziliene, afirmând categoric: "Acum voi câștiga la 50 de metri". În cursa de 50 de metri stil liber, Cielo a stabilit recordul olimpic, pe care Alexander Popov l-a stabilit la Jocurile Olimpice de Vară din 1992, în timpul antrenamentelor (21,47 secunde, egal cu recordul Americii de Garrett Weber-Gale) și în semifinale (21,34 secunde). El a coborât acest lucru în continuare în finală, încă o dată rupând recordul olimpic cu un timp de 21,30 secunde, câștigând medalia de aur și lipsind de recordul mondial cu 0,02 secunde. Cu aceasta, a devenit primul campion brazilian de înot olimpic. Până la aurul olimpic al lui Cielo, cel mai bun rezultat de înot olimpic brazilian a fost obținut de Ricardo Prado, care a câștigat medalia de argint la 400 de metri individual la Jocurile Olimpice de Vară din 1984, și anterior Gustavo Borges, care a câștigat medalia de argint la 100 de metri liber la Jocurile Olimpice de Vară din 1992 și la 200 de metri liber la Jocurile Olimpice de Vară din 1996.