El seu objectiu era ser a la final dels 400 estils i, ja al migdia, ho va aconseguir. Mireia Belmonte, però, no va poder arrodonir la seva bona actuació matinal i va quedar l'última de la final de la nit, una final que va guanyar la xinesa Shiwen Ye, de només 16 anys. A més de la medalla d'or, Ye va aconseguir fer rècord del món, aturant el cronòmetre en 4 minuts 28 segons i 43 dècimes, rebaixant en un segon l'anterior registre (4:29.45). La plata se la va endur la nord-americana Elisabeth Beisel (4:31.27) i el bronze va ser per a la també xinesa Xuanxu Li (4:32.91).
Les tres nedadores que van ocupar el podi van anar de menys a més, recuperant posicions a partir de la braça i definint les diferències en l'estil lliure. L'hongaresa Katinka Hosszú, que va dominar el pas fins als 200, va desfer-se en l'últim llarg i finalment va quedar quarta. Mireia Belmonte, que nedava pel segon carrer, va sortir molt bé i va tancar els primers 50 metres de papallona en la tercera posició, però ja va baixar als últims llocs a mitja carrera. De fet, la badalonina va fer més bon temps a les sèries del matí (4:34.70) que a la final (4:35.62).
