此役中國率先登場的是主攻惠若琪、朱婷，副攻袁心玥、徐雲麗，接應張常寧，二傳魏秋月和自由人林莉。塞爾維亞的首發陣容為主攻米哈伊洛維奇、馬萊塞維奇，副攻拉西奇、斯特瓦諾維奇，接應博斯科維奇，二傳奧傑年諾維奇和自由人S-波波維奇。
首局中國憑袁心玥的快攻和攔網3-1超出，馬萊塞維奇強攻下球、拉西奇發球建功、魏秋月調整傳球失誤，塞爾維亞4-3反超。朱婷後3進攻追成5平，斯特瓦諾維奇快攻得手、惠若琪和張常寧先後進攻不中被博斯科維奇、米哈伊洛維奇連抓反擊，塞隊連獲4分9-5占先。徐雲麗背快出界對方贏得5分優勢，中國靠朱婷的後攻與對手抗衡。袁心玥攻攔接連得分、博斯科維奇扣球出界，中國追到10-11。拉西奇的快攻和發球連奪3分，塞隊16-12領先，朱婷強攻中國過輪。林莉壹傳直接過網被米哈伊洛維奇斜線反擊下球，塞隊21-16領先。林莉和魏秋月搶墊造成失誤、朱婷處理球出界，中國錯失追趕契機。博斯科維奇強攻下球，塞爾維亞24-18領先拿下局點。張常寧強打出界，中國19-25先輸壹局。
第二局中國改由丁霞擔綱主二傳，楊方旭出任接應。3平後林莉壹傳過網直接得分、朱婷發球破攻對手墊調失誤、惠若琪探頭命中，中國連獲3分6-3超出。馬萊塞維奇壹傳送探頭被徐雲麗扣死，中國贏得4分優勢。惠若琪調攻失誤對方追至6-8，丁霞和惠若琪相繼發球建功、米哈伊洛維奇壹攻出界，中國將比分拉開到13-8。朱婷強攻下球、拉西奇強行快攻失誤、袁心玥攔網撐起後打探頭成功、朱婷重扣斜線命中、楊方旭發球得分，中國18-10占先。雙方力拼發球均有失誤，朱婷後攻下網對方追至14-20，中國靠惠若琪的調攻過輪。楊方旭的進攻和攔網雖有閃失，但朱婷重扣成功、拉西奇觸網送分，中國25-17扳回壹局。
第三局博斯科維奇發球出界、徐雲麗探頭命中，2-4落後的中國扳成5平。6平後徐雲麗短平快反擊成功、惠若琪和徐雲麗先後封死斯特瓦諾維奇、米哈伊洛維奇的扣球，中國連獲3分9-6反超。袁心玥背飛得手、惠若琪封死博斯科維奇的突破、博斯科維奇扣球出界，13-10領先的中國再拿3分將比分拉開到16-10。塞隊先後換上副攻維利科維奇和主攻布薩，徐雲麗背飛命中、丁霞封死布薩的強攻，中國19-11占先。惠若琪壹傳失誤、米哈伊洛維奇反擊成功、楊方旭壹傳送探頭、博斯科維奇兩度強攻下球，12-20落後的塞隊連追5分迫近到17-20，中國靠徐雲麗的短平快過輪。米哈伊洛維奇跳發得分、朱婷扣球被攔，對手追至21-22。塞隊咬至22-23後，中國兩點換三點派上魏秋月和龔翔宇。朱婷先是4號位拐直線打手出界，隨後又發球直接得分，中國25-22鎖定勝局，大比分2-1反超。
第四局相持到5平後，惠若琪的強攻相繼被攔和打桿失誤，中國5-7落後。拉西奇發球下網、馬萊塞維奇強攻出界，中國追成7平。中國咬至9-10後，惠若琪小斜線命中、楊方旭反擊打手出界11-10反超。11平後朱婷拉開強攻命中、米哈伊洛維奇扣球失誤，中國13-11超出，塞爾維亞換上主攻布薩。博斯科維奇反擊對手扳成13平，朱婷兩度強攻命中、楊方旭發球建功，中國連奪3分16-13領先。落後的塞隊連換3名隊員，在16-19落後的情況下靠馬萊塞維奇的強攻和維利科維奇的快攻追到18-19，中國憑徐雲麗的快攻20-18占先。徐雲麗短平快出界對方追成20平，22-21領先的中國兩點換三點派上魏秋月和龔翔宇。朱婷和博斯科維奇強攻均有穩定表現戰成23平，拉西奇發球出界，中國24-23領先拿下冠軍點。張常寧發球破攻，惠若琪探頭命中，中國25-23險勝，3-1力挫塞爾維亞奪魁。
此役中國的主攻朱婷獨得25分，隊長惠若琪力奪13分，兩副攻徐雲麗和袁心玥分獲12分和9分。塞爾維亞的接應博斯科維奇貢獻23分，副攻拉西奇斬獲16分，兩主攻馬萊塞維奇和米哈伊洛維奇雙雙贏得11分。
經過8個比賽日的激烈角逐，2016年裏約奧運會女排比賽全部結束。中國時隔12年再度摘金，塞爾維亞收獲銀牌創歷史最佳戰績，美國贏得銅牌，荷蘭名列第4同樣收獲歷史最好成績，巴西、日本、韓國和俄羅斯並列第5收官，阿根廷和意大利排名並列第9，喀麥隆和波多黎各獲得並列第11。