19日、女子バレーボール準々決勝で日本は世界ランキング１位のブラジルと対戦した。第１、２セットを連取されたものの、第３セットの序盤はリードを奪った日本。だが、中盤以降、ブラジルの高速サーブにレシーブを乱され、逆転された。結局、このセットも奪うことができず、ストレート負けを喫し、アテネに続いて５位に終わった。
ブラジル ３−０ 日本
（25−12、25−20、25−16）
1984年のロサンゼルス五輪以来のメダル獲得に挑む日本は、準々決勝でＢ組１位のブラジルと対戦した。第１セット、日本はブラジルのサーブに苦しんだ。勝敗のカギを握っていたレセプションが思うように上がらず、連続ポイントを奪われる。さらに世界トップクラスのブロックに日本の攻撃がほぼ完璧に封じられ、ほとんどいいところなしで、ダブルスコア以上の差をつけられてこのセットを落とした。
第２セットも日本は序盤から連続失点を喫し、早くも試合の主導権を握られた。途中、WS栗原恵やWS木村沙織のサイド攻撃が連続で決まり、２度も１点差に迫るも、いずれも同点に追いつくまではいたらず。粘りを見せるも、最後はWS高橋みゆきのスパイクがブロックにつかまり、連取された。
崖っぷちに立たされた日本は第３セット、得意のスピーディなコンビバレーを展開し、ブラジルと互角に渡り合う。激しいサイドアウトをのとり合いの末、始めに連続ポイントを奪ったのは日本だった。相手のサービスミスでサイドアウトをとると、WS栗原恵がブラジルの強烈なスパイクをブロックで封じた。再び一進一退の攻防が続いたが、中盤、ブラジルが怒涛の５連続ポイントを奪うと、勢いに乗ってしまう。日本はMB荒木絵里香のブロードで一度は流れを切ったものの、すぐに７連続ポイントを奪われ、一気に９ポイント差をつけられた。結局、日本は最後までこの差を埋めることができず、ストレート負けを喫した。
攻守ともに４年前とは確実にレベルを上げ、五輪の舞台に戻ってきた日本だったが、やはり世界の壁は厚かった。日本はアテネと同じ５位に終わり、最大の目標としてきたメダル獲得には遠く及ばなかった。