幾乎是前一個比賽日男團決賽的翻版，國乒女隊8月10日在南巴黎競技場4號館舉行的女團決賽中3比0戰勝日本隊，獲得冠軍。這也是中國體育代表團自1984年首奪奧運金牌以來，累計獲得的第300枚夏季奧運會金牌。
首場雙打比賽，日本隊主動變陣，之前更常見的雙打搭檔早田希娜/平野美宇調整為早田希娜/張本美和。面對從未在正式比賽中交手過的全新日本組合，陳夢/王曼昱有些準備不足，9比11丟掉首局，11比6扳平局分后，日本組合又憑借左右手搭檔線路、跑位的優勢11比6再下一局。第四局國乒11比6再次扳平比分，決勝局陳夢/王曼昱一度遭遇5比9落后的局面，但更厚實的實力、更強大的心理幫助國乒組合12比10逆轉取勝。壓抑了整場的陳夢、王曼昱淚灑賽場，擁抱到了一起，現場數千名中國球迷也送上了如潮的吶喊和歡呼。對于這場比賽，陳夢直言只有場上打球的人才能知道有多大的困難，“決勝局5比9落后實現逆轉，支撐我們的是想要去贏的信念、為國爭光的信念，同時我們也在場上相信隊友，相信無論是自己出手還是隊友出手，一定沒問題！”
第二場單打，孫穎莎的對手是平野美宇。日本隊之所以在首場雙打將平野美宇雪藏，很大程度上希望她在單打有所表現，沖擊中國隊。面對志在一搏的對手，孫穎莎展現出世界第一的能力，在首局最后落后7分的情況下13比11逆轉取勝，也奠定了本場比賽的基本走勢，孫穎莎之后以兩個11比6幫助國乒將大比分擴大為2比0。從東京到巴黎，國乒三個姐妹又走過了一個奧運周期，孫穎莎表示，三年多時間，無論是自己還是團隊中的三人，都收獲了信心和成長，希望在未來的訓練比賽中繼續努力、做到更好。
第三場單打，王曼昱迎來年僅16歲的張本美和的挑戰。對手快速靈活多變的打法給王曼昱造成很大壓力，首局雖然挽救6個局點，但還是12比14告負。第二局兩人再次戰至10平，這次贏下局分的是王曼昱，之后王曼昱逐漸掌控了局面，11比7、11比6連下兩局，幫助國乒贏下本屆奧運會乒乓球項目最后一枚金牌。不同于有多項比賽任務的孫穎莎、陳夢，王曼昱本屆奧運會只有團體一項，對于自己的表現，她也感到滿意，做到了當團隊遇到困難的時候主動站出來，為贏下團體金牌貢獻了力量。
至此，國乒女隊同樣實現了該項目奧運五連冠，在這項最能展現一個國家乒乓球整體實力的賽場上，從未讓奧運金牌旁落。同時這也是乒乓球項目1988年進入奧運會以來，國乒第六次包攬全部金牌。
中國乒協主席劉國梁在評價本場比賽姑娘們的表現時表示，女團決賽遇到了很大挑戰，但球員們頂了下來，做到了完美。能夠包攬全部金牌，為隊伍、隊員們感到驕傲自豪。