Trasa, która rozpoczynała się i kończyła w Forcie Copacabana, liczyła 237.5 km.

Już po kilku minutach ukształtowała się sześcioosobowa ucieczka z Michałem Kwiatkowskim w składzie. Obok mistrza świata z 2014 roku jechali Michael Albasini (Szwajcaria), Sven Erik Bystrøm (Norwegia), Simon Geschke (Niemcy), Paweł Koszetkow (Rosja) oraz Jarlinson Pantano (Kolumbia). Kolarze szybko wypracowali przewagę nad peletonem, która sięgała w pewnym momencie nawet 10 minut. Na drugim podjeździe zasadnicza grupa wzięła się do roboty i systematycznie zmniejszała stratę.

Odpadali kolejni kolarze z przodu. Pozostał jedynie Kwiatkowski i Koszetkow, aż wreszcie Polak pojechał sam. Za nim była piątka – Giampaolo Caruso (Włochy), Rein Taaramäe (Estonia), Sergio Henao (Kolumbia), Greg Van Avermaet (Belgia), Geraint Thomas (Wielka Brytania). Kwiatkowski został doścignięty na 40 km przed metą. Kolarz Sky w ucieczce przejechał 180 km.

Z przodu pozostała kilkuosobowa grupa, w której był Rafał Majka. Byli tam m.in. Włosi (Aru, Caruso, Nibali) i Hiszpanie (Valverde, Rodriguez), a ofensywną akcję zainicjował Kazach Andrei Zeits. Kolejni zawodnicy odpadali, a co rusz atakował Nibali. Jego koło cały czas utrzymywał najlepszy góral Tour de France. Na 20 km przed metą sytuacja była bardzo płynna, a czołowa grupa się powiększyła.

W końcu oderwali się Nibali oraz Henao, dojechał do nich Majka. Uzyskali ponad 20 sekund przewagi. Na finałowym zjeździe Włoch i Kolumbijczyk wywrócili się. Polakowi udało się uniknąć kraksy i samotnie pojechał do przodu. W rowie wylądował też Thomas.

Reprezentant “Biało-czerwonych” niestety nie utrzymał przewagi na płaskim odcinku. Na 1.4 km przed finiszem dojechali do niego Van Avermaet i Duńczyk Jakob Fuglsang. Ostatecznie po złoto sięgnął Belg. Zmęczony Majka nie miał już sił na walkę. Sięgnął po brąz – pierwszy medal Polski w Rio.

Michał Gołaś ukończył wyścig na 56. pozycji, a Michał Kwiatkowski, totalnie zmęczony po morderczej ucieczce, zakończył rywalizację na 62. miejscu. Maciej Bodnar nie ukończył wyścigu.