Viết tiếp cho đoạn này - Sau đó, Cielo đã đi đến Thế vận hội Mùa hè 2008 ở Bắc Kinh, nơi anh đã phá vỡ kỷ lục của Mỹ trong vòng thi đấu tự do 4 × 100 mét, với thời gian 47,91 giây. Mặc dù đội tuyển Brazil đã bị loại, nhưng kỷ lục của Cielo vẫn được phép đứng. Trong 100 mét tự do
, Cielo đủ điều kiện cho trận chung kết, đứng thứ tám trong vòng loại, với thời gian 48,07 giây. Cielo xuất sắc trong phần đầu của bán kết đầu tiên, lần lượt ở vị trí thứ hai, với 22,62 giây, nhưng kết thúc ở vị trí thứ năm. Trong trận chung kết, Cielo đã áp dụng một chiến thuật khác, quay thứ ba, chậm hơn (22,74 giây) so với trận bán kết, và tiết kiệm năng lượng cho kết thúc, dẫn đến việc anh giành huy chương đồng và phá kỷ lục Nam Mỹ với thời gian 47,67 giây (bắt buộc với vận động viên bơi lội người Mỹ Jason Lezak). Alain Bernard giành huy chương vàng và Eamon Sullivan giành huy chương bạc. Ngay sau khi giành huy chương đồng, Cielo đã đưa ra một tuyên bố cho báo chí Brazil, tuyên bố dứt khoát: "Bây giờ tôi sẽ giành chiến thắng ở 50m". Trong sự kiện 50 mét tự do, Cielo đã lập kỷ lục Olympic, mà Alexander Popov đã thiết lập tại Thế vận hội Mùa hè 1992, trong quá trình nóng lên (21.47 giây, bằng kỷ lục của Garrett Weber-Gale của châu Mỹ) và ở bán kết (21.34 giây). Anh hạ thấp hơn nữa trong trận chung kết, một lần nữa phá vỡ kỷ lục Olympic với thời gian 21,30 giây, giành huy chương vàng và thiếu kỷ lục thế giới bằng 0,02 giây. Với điều này, anh trở thành nhà vô địch bơi lội Olympic đầu tiên của Brazil. Cho đến khi vàng Olympic của Cielo, kết quả bơi lội Olympic tốt nhất của Brazil đã được Ricardo Prado, người đã giành huy chương bạc trong cuộc thi cá nhân 400 mét tại Thế vận hội Mùa hè 1984, và trước đó là Gustavo Borges, người đã giành huy chương bạc trong cuộc thi tự do 100 mét tại Thế vận hội Mùa hè 1992 và trong cuộc thi tự do 200 mét tại Thế vận hội Mùa hè 1996.