在中原標準時間8月6日晚結束的女子單人10米台決賽中，中國雙驕全紅婵和陳芋汐展開“神仙打架”。最終，全紅婵以更加完美的表現力壓陳芋汐成功衛冕。這是全紅婵本屆奧運會的第2枚金牌，也是個人奧運第3金。
盡管決賽中對手都提升了狀态拿出更好表現，但全紅婵和陳芋汐絲毫沒有受到任何影響。陳芋汐第1跳拿到82.5分，而全紅婵更是發揮完美直接讓7位裁判全部拿出10分，得到90分的滿分。
此後的第2和第3跳，兩人各自發揮都有微小不足，陳芋汐憑借更高的難度也将雙方的差距縮小到1.6分，而兩人則拉開了與第3名，多達接近30分。
第4跳，兩人都是相同的207C動作，陳芋汐的發揮已經足夠出色，而随後出場的全紅婵更是精益求精。4跳之後，全紅婵344.00分，陳芋汐339.10分。 全紅婵将優勢擴大至4.9分。
最後1跳陳芋汐的5253B得到了81.6分，總分420.70分。壓軸登場的全紅婵，也是同樣的動作，也拿到了81.6分。最終，全紅婵保持住4.9分的優勢成功衛冕。
當成功衛冕後，全紅婵擁抱自己的教練陳若琳，并且将頭埋在陳若琳懷裡流下了激動的淚水。而陳若琳則不停安撫并且為17歲還是孩子的全紅婵，幫她擦去眼角的淚水。确實，外人都隻看到全紅婵完美的表現，卻不知道她這些年為了這付出了多少汗水。
值得注意的是，全紅婵也打破了偉大前輩伏明霞的紀錄，以17歲131天成為中國奧運曆史上最年輕的“3金王”。考慮到她還是未成年，未來全紅婵繼續重新整理各種紀錄，或許都隻是時間問題。