Escriu una continuació per a aquest paràgraf - Bromell va arribar a Rio per als Jocs Olímpics, i va participar en el Desfilat de les Nacions el 5 d'agost de 2016. Vuit dies després, el 13 d'agost de 2016, va competir en el seu 100m, on va acabar segon amb 10,13 segons, darrere de Ben Youssef Meite de Costa d'Ivori. L'endemà, com l'any anterior, Bromell va ser sortejat en la mateixa semifinal que Andre De Grasse i Usain Bolt, i va acabar tercer una vegada més darrere dels dos. Bromell va superar a Chijindu Ujah de Gran Bretanya per 2 mil·lisegons per prendre l'últim lloc de qualificació per a la final, en 10.01 segons. Menys de dues hores després, Bromell va competir a la final, acabant vuitena en 10.06. Bromell va descansar per a la final de 4 × 100 m
, on canviava de lloc amb Michael Rodgers per córrer la cama d'ancora en lloc de la primera. A la final, Bromell va lluitar per mantenir-se al dia amb l'ancora japonesa Asuka Cambridge, i va saltar a la línia per acabar tercera només 2 centèsimes darrere d'ell, però 2 centèsimes per davant de l'ancora canadenca Andre De Grasse. Bromell va caure a terra amb dolor agonizant després de la seva immersió, i Rodgers el va ajudar a aixecar-se mentre l'equip mèdic el va ajudar a sortir de la pista. Mentre el seu equip celebrava la seva medalla de bronze, un escàner va revelar que Bromell havia tornat a trencar l'Aquil·les. Va arribar més decepció quan es va revelar que un primer intercanvi inadequat va resultar en una desqualificació, per tant, desposseint Bromell i els seus mateixos companys d'equip de Pequín de la seva medalla una vegada més.