8月3日21点，巴黎奥运会乒乓球女子单打决赛，陈梦对阵孙颖莎。赛会2号种子与头号种子相遇。
在此前的半决赛，孙颖莎4-0淘汰日本一姐早田希娜，陈梦则是4-0淘汰韩国一姐申裕斌。陈梦是该项目的奥运卫冕冠军。在这个奥运周期，孙颖莎的优势可谓断层领先，长时间占据世界第1的宝座。陈梦压力不小，毕竟这个周期，整体表现明显逊色于对手。整体来看，孙颖莎的签表较硬，陈梦的签运较好一些。
第一局，陈梦没有状态，以4-11的比分惨败，让人感觉这场决赛或许是一边倒？没想到陈梦随即发力了！
陈梦在第二局和第三局连续打出11-7和11-4的两局比分，大比分2-1反超！
此时，孙颖莎陷入不利的境地！这可是奥运决赛，快点醒醒！
此后孙颖莎在第4局打出11-9，大比分2-2扳平！第五局至关重要，陈梦从7-9到11-9逆转！第六局，陈梦面临短暂落后，然后5平之后，打出9-5的领先。最终陈梦11-6结束战斗！大比分4-2，夺冠了！奥运2连冠！
陈梦赛后平静坦言：跟莎莎的比赛，没有失败者。我们拼尽全力，一直从开局到最后1分，都拼尽全力。没有想到会夺冠，很意外，也非常惊喜。其实以现在自己的年龄，30岁了，包括之前很多比赛，3年内输莎莎很多次。记忆里这3年可能也就赢了2次吧。我抱着冲击者的心态，冲击对方。她的年龄，比赛质量，都是当打之年。我能赢球，非常开心。
可以看出，梦姐头脑淡定，也有情商。
相比于3年前，陈梦在夺冠之后如此讲到：我的时代到来了！结果随后的3年，陈梦表现并不太突出，也输了太多的比赛。如今陈梦心态成熟了，让人佩服。