Der bestehende olympische Rekord, gleichzeitig Weltrekord, wurde bei diesen Spielen nicht erreicht. Mit ihrer Zeit von 1:29:12 h verfehlte die italienische Olympiasiegerin Antonella Palmisano im Wettbewerb am 6. August den Rekord um 4:31 Minuten.
Bei den äußeren Bedingungen mit einer Temperatur von 34° Celsius waren schnelle Zeiten nicht zu erwarten. Die Brasilianerin Érica de Sena führte das noch komplette Feld mit vorsichtigen 9:25 min durch die ersten beiden Kilometer. Auch bei Kilometer sechs war noch eine große Gruppe gemeinsam an der Spitze mit 2-Kilometer-Abschnitten von knapp über neun Minuten. Mit der Inderin Priyanka Goswami an der Spitze wurde es zwischenzeitlich schneller, die nächsten beiden Kilometer legte die Spitzengruppe in 8:48 min zurück. Die Führungsgruppe reduzierte sich, blieb jedoch mit 22 Geherinnen immer noch groß. Bis Kilometer sechzehn ließen es die Athletinnen wieder etwas langsamer angehen, dennoch verkleinerte sich die Gruppe an der Spitze allmählich, bis mit der Italienerin Antonella Palmisano, der Kolumbianerin Sandra Arenas, den beiden Chinesinnen Yang Jiayu und Liu Hong sowie de Sena noch fünf Geherinnen beisammen waren. Die Spanierin María Pérez García war allerdings nur zwei Sekunden zurück und auch der Abstand zu den nächsten Verfolgerinnen Jemima Montag aus Australien (10 s) und der Mexikanerin Alegna González (16 s) war noch nicht allzu groß.
Kurz vor Kilometer siebzehn ergriff Palmisano die Initiative und erhöhte das Tempo deutlich. Schnell löste sie sich von ihren Begleiterinnen, die ihr mit knappen Abständen nun jeweils einzeln folgten. Zwei Kilometer vor dem Ziel lag Arenas sechs Sekunden zurück, weitere zwölf Sekunden betrug hinter der Kolumbianerin de Senas Rückstand, die ihrerseits vier Sekunden vor der Olympiasiegerin von 2016 Liu Hong ging.
Auf den Rängen eins und zwei änderte sich nichts mehr. In 1:29:12 min ging Antonella Palmisano als Olympiasiegerin ins Ziel. Mit einem Rückstand von 25 Sekunden sicherte sich Sandra Arenas die Silbermedaille. Liu Hong arbeitete sich auf den Bronzeplatz vor, ihr Rückstand auf die Goldmedaillengewinnerin betrug 45 Sekunden. Der am Ende viertplatzierten María Pérez García fehlten nur acht Sekunden auf einen Medaillenrang. Fünfte wurde Alegna González vor Jemima Montag.