北京时间2016年8月22日上午，在一场极具巴西风情和桑巴特色的闭幕式表演后，国际奥委会主席托马斯-巴赫在里约的马拉卡纳体育场宣布第31届现代奥运会闭幕。在致辞中，巴赫盛赞2016年的里约奥运会，认为里约奥运会是在“非凡之城举办的非凡奥运会”。
在一系列音乐表演之后，奥林匹克会旗交接仪式开始。现场随即升起了奥林匹克发源地希腊的国旗，在希腊国歌声中，国旗缓缓升起。国际奥委会主席巴赫、里约市长爱德华多-帕埃斯、东京都知事小池百合子来到了场地中央，伴随着巴西年轻人悠扬的奥林匹克会歌歌声，奥林匹克五环旗缓缓落下。随后，在全场欢声雷动下，具有日本特色的音乐响起，里约市长爱德华多-帕埃斯将五环旗传递给了巴赫，巴赫再将五环旗传递给小池百合子。交接仪式就这样顺利完成。
之后是属于东京的时间。现场的红色背景迅速缩小，一个象征日本国旗的巨大太阳出现了，20个演员在自己研发的自动平衡车中出场，各种语言的感谢字样随即出现在马拉卡纳体育场内。然后是一段富有日本特色的宣传片，里面含有了日本的文化、动漫和历史的元素。在宣传片的最后，我们都熟悉的动漫人物超级玛丽奥用机器猫的百宝箱抽出了空间传递的技能，将邮筒从日本国内传递了过来。一瞬间，马拉卡纳的体育场内，日本首相安倍晋三就从邮筒里出现。后面又是一些代表了日本高端科技的一些表演，还有很多动漫形象承担的可爱主题。之后富士山、东京塔接连出现，烟花响起，掌声欢呼声此起彼伏，奥运会正式进入东京时间。
在欣赏了这样一个具有南美风轻的闭幕式后，见证了又一次奥运会的传奇后，国际奥委会主席巴赫对里约奥运会这样评价:“谢谢所有的里约人，巴西祝贺你，来自全世界的奥林匹克朋友们，我们爱你们，巴西人!感谢你们热情的款待!这十六天来，巴西在自己最艰难的情况下，用他们的欢乐鼓舞了大家，你们足够感到骄傲。这届奥运会是一场多元文化的庆典，奥林匹克精神在这种多元中实现了统一。感谢各国奥委会、各体育联合会，赞助商。感谢所有的志愿者，你们的微笑温暖了我们的心，谢谢志愿者们。谢谢所有的运动员，你们给我们展示了体育的力量，你们向世界发出了和平的信息，我们可以在一起走得更远，变得更强!感谢所有的难民运动员，你们用你们的天赋和精神感染了我们，给百万难民带来了希望。我们作为客人来到巴西，离开时，我们是你们的朋友了。我们心里永远有一个属于你的位置。这是在非凡之城举办的非凡的奥运会。”
之后，巴赫宣布奥运会正式闭幕。至此，里约奥运会彻底落下了帷幕。