Het parcours van de olympische wegwedstrijd besloeg ruim 240 kilometer, beginnend bij de oude legerbasis Forte de Copacabana. Het peloton reed vervolgens in westelijke richting over een kustweg en passeerde daarbij de wijken Ipanema en Barra da Tijuca, tot het begin van een ronde bij de Grumaribuurt. Deze ronde, die ook dienstdeed als het parcours voor de tijdrit is circa 25 kilometer lang, telt twee klimmen en een kasseienstrook en werd viermaal afgelegd. Na deze rondes keerden de wielrenners terug naar de kustweg, die nu in oostelijke richting werd gevolgd. In Gávea volgde een nieuwe ronde van ongeveer dezelfde lengte, die driemaal achter elkaar werd afgelegd. Daarna voerde het parcours terug naar het Fort, waar de finish lag.
Wanneer Nibali versnelt kunnen alleen Majka en Henao volgen. In de laatste afdaling van de Vista Chinesa vallen Nibali en Henao en dienen op te geven. Majka snelt alleen door. Onder aan de afdaling heeft hij twaalf seconden voorsprong op de achtervolgers. Hij loopt uit tot maximaal 24 seconden. Dan plaatsen Van Avermaet en Fuglsang een tegenaanval. Ze komen bij Majka op 1400 meter van de finish. In de sprint is Van Avermaet de snelste voor Fuglsang en Majka.