في دورة الألعاب الأولمبية في ريو دي جانيرو عام 2016 ، زادت فيليكس مجموع ميدالياتها الأولمبية إلى تسع ميداليات إجمالية: ستة ذهب وثلاثة فضية ، متساوية مع سجل الأسطورة الجامايكية ميرلين أوتي لأكبر عدد من الميداليات الأولمبية التي فازت بها رياضية سباق المضمار والملعب ، على الرغم من أن معظم مجموعة الميداليات الخاصة بأوتي تتكون من ميداليات فردية. أمل فيليكس في الفوز بالميدالية الذهبية الأولمبية في سباق 400 متر ظهر بعد فترة قصيرة من خسارتها بفارق 0.07 لـ Shaunae Miller من جزر البهاما ، والتي قامت بغوص قانوني ولكن مثير للجدل عبر خط النهاية بينما كان فيليكس يقترب بسرعة من المسافة. فيليكس اتعافى من أداء مخيب للآمال ليحصل على ذهبيتين مع الولايات المتحدة 4 × 100 متر
وفرق التتابع 4 × 400 متر. فوز 4 × 100 متر تتابع جذبت الكثير من الجدل ، حيث تم استبعاد فريق الولايات المتحدة الأمريكية 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 قبول الاستئناف، تم منح فريق الولايات المتحدة الأمريكية جولة منفردة في اليوم التالي. بعد نجاحها في التوقيت ، تقدمت فيليكس وزملائها في الفريق إلى النهائي ، والذي فازوا فيه في 41.01 ثانية ، ثاني أسرع 4 × 100 متر في التاريخ.