Belmonte voitti Espanjan historiallisen voiton voittamalla kultamitalin 200 metrin perhoskilpailussa.
10. elokuuta kello 2:04.85, joka oli kolme sadasosaa sekuntia edessä Australian Madeline Grovesin, joka voitti hopeamitalin. Hän oli ensimmäinen espanjalainen naispuolinen uimari, josta tuli olympialaismestari. Hänen kultamitalinsa oli ensimmäinen olympialaisten uima-altaan kultamitali, jonka espanjalainen uimari on saanut vuoden 1992 jälkeen.