Ljúka eftirfarandi setningu: Eftir það fór Cielo á Ólympíuleikana 2008 í Peking, þar sem hann braut met Ameríku í 4×100 metra frjálsum hlaupi, með tímanum 47,91 sekúndur. Þótt brasilíska liðið hafi verið útilokað, var Cielo heimilt að standa. Í
100 metra frjáls, Cielo komst í úrslitaleikinn og varð í áttunda sæti með tímanum 48.07 sekúndur. Cielo skaraði fram úr í fyrri hluta fyrri hálfleikanna og kom í öðru sæti á 22.62 sekúndum en endaði í fimmta sæti. Í úrslitakeppninni tók Cielo aðra taktík, var þriðji, hægari (22,74 sekúndur) en í undanúrslitunum, og sparaði orku fyrir lokin, sem leiddi til þess að hann vann bronsverðlaun og braut Suður-Ameríku met með tíma 47.67 sekúndur (tengdur við bandaríska sundmaðurinn Jason Lezak). Alain Bernard vann gullverðlaunin og Eamon Sullivan silfurverðlaunin. Skömmu eftir að hafa unnið bronsverðlaunin gaf Cielo yfirlýsingu til brasilísku fjölmiðla og sagði kategorískt: "Nú ætla ég að vinna 50m". Í 50 metra frjálsum keppni setti Cielo ólympískt met, sem Alexander Popov hafði sett á Ólympíuleikunum árið 1992, í hita (21.47 sekúndur, jafnaði Americas met Garrett Weber-Gale) og í undanúrslitunum (21.34 sekúndur). Hann lækkaði þetta enn frekar í úrslitakeppninni og braut aftur ólympíuskrá með tímanum 21.30 sekúndur og vann gullverðlaun og missti af heimsmetinu um 0.02 sekúndur. Með þessu varð hann fyrsti brasilíski Ólympíuleikameistari í sund. Fram að Ólympíugull Cielo var besta árangur Brasilíu í sundleikum Ricardo Prado, sem vann silfurverðlaun í 400 metra einstaklingsmeðferð á Ólympíuleikunum 1984, og áður Gustavo Borges, sem vann silfurverðlaun í 100 metra frjálsum í Ólympíuleikunum 1992 og í 200 metra frjálsum í Ólympíuleikunum 1996.