Completa la següent frase: Després, Cielo va anar als Jocs Olímpics d'estiu de 2008 a Pequín, on va trencar el rècord d'Amèrica en els 4×100 metres d'estil lliure, amb un temps de 47,91 segons. Tot i que l'equip brasilèr va ser desqualificat, el rècord de Cielo va ser permès. En el
Els 100 metres d'estil lliure, Cielo es va classificar per a la final, ocupant el vuitè lloc en les proves, amb un temps de 48,07 segons. Cielo va destacar a la primera part de la primera semifinal, fent el seu torn en segon lloc, amb 22,62 segons, però acabant cinquè. En la final, Cielo va adoptar una tàctica diferent, girant tercer, més lent (22,74 segons) que en les semifinals, i estalviant energia per a la meta, que va resultar en la seva victòria en la medalla de bronze i trencant el rècord sud-americà amb un temps de 47,67 segons (parat amb el nadador nord-americà Jason Lezak). Alain Bernard va guanyar la medalla d'or i Eamon Sullivan va guanyar la de plata. Poc després de guanyar la medalla de bronze, Cielo va fer una declaració a la premsa brasilera, declarant categòricament: "Ara guanyaré els 50 metres". En l'esdeveniment de 50 metres d'estil lliure, Cielo va establir el rècord olímpic, que Alexander Popov havia establert en els Jocs Olímpics d'estiu de 1992, durant les proves (21,47 segons, igualant el rècord d'Amèrica de Garrett Weber-Gale) i en les semifinals (21,34 segons). Va baixar encara més en la final, trencant de nou el rècord olímpic amb un temps de 21.30 segons, guanyant la medalla d'or i faltant el rècord mundial per 0.02 segons. Amb això, es va convertir en el primer campió olímpic de natació brasilera. Fins a l'or olímpic de Cielo, el millor resultat olímpic de natació brasilera havia estat obtingut per Ricardo Prado, que va guanyar la medalla de plata en els 400 metres individuals als Jocs Olímpics d'estiu de 1984, i anteriorment Gustavo Borges, que va guanyar la medalla de plata en els 100 metres d'estil lliure als Jocs Olímpics d'estiu de 1992 i en els 200 metres d'estil lliure als Jocs Olímpics d'estiu de 1996.