里約熱內盧奧運閉幕禮接近尾聲，國際奧委會主席巴赫宣布今屆奧運會閉幕。他在演說讚揚今屆是一個精采城市舉辦的精采奧運，感謝所有里約市民，他說里約留下了寶貴的奧運遺產，並期待未來的里約熱內盧會更好。歌手其後演唱歌曲《雨中的玫瑰園》，奧運聖火在人造雨中緩緩熄滅。閉幕禮以盛大的森巴舞匯演作結。
下屆奧運將會由東京主辦，巴赫在閉幕禮，將奧運五環旗授予東京都知事小池百合子，大會隨即播放2020年奧運主辦城市東京的宣傳片段，當中出現多個知名動漫人物，包括足球小將、超級馬里奧、多啦A夢、Hello Kitty等。在東京籌備的表演環節，日本首相安倍晉三以超級馬利奧造型首先亮相，其後在電子音樂襯托下，一班大學運動員進行體操表演，舞台並投射出多個日本地標，包括富士山、東京鐵塔、彩虹橋等。