比赛出发，日本选手前田穗南(Honami Maeda)一度领跑。肯尼亚的三位世界纪录保持者布里吉德·科斯盖(Brigid Kosgei)、鲁斯·切普格蒂奇(Ruth Chepngetich)和佩雷斯·杰普切切(Peres Jepchirchir)以及埃塞俄比亚的罗萨·德雷杰(Roza Dereje)等人跟在身后。切普格蒂奇等人率先到达5公里，用时18:02。张德顺也跟在第一集团中间，李芷萱落后4秒，白丽用时18:54。10公里处，配速保持稳定，仍有40余人处在第一集团。杰普切切用时36:16率先通过，去年的东京马拉松冠军、以色列国家纪录保持者洛娜·萨尔皮特(Lornah Salpeter)及两位美国选手莎莉·基普耶戈(Sally Kipyego)、莫莉·赛德尔(Molly Seidel)紧随其后。张德顺、李芷萱落后1秒，白丽落后接近两分钟。
莫莉·赛德尔、一山麻绪、莎莉·基普耶戈
13公里后，领先集团开始分化。15公里用时53:47，配速略有提升。切普格蒂奇、德雷杰、赛德尔、一山麻绪、萨尔皮特、科斯盖等人继续处在第一集团。张德顺、李芷萱落后时间在10秒之内，排在30多位，白丽落后稍多，用时56:54。
萨尔皮特、德雷杰、一山麻绪、两名美国选手、三名肯尼亚选手及纳米比亚的赫拉利亚·约翰内斯(Helalia Johannes)、德国的梅拉特·柯婕特(Melat Kejeta)等十余人组成第一集团，用时1:11:27通过20公里。
半程用时1:15:14，张德顺落后45秒处在第30位，李芷萱落后93秒第49位，白丽落后5分半多，排在第79位。25公里，第一集团剩下12人，用时1:28:51。一山麻绪一直身处其中，另外两名日本选手铃木亚由子(Ayuko Suzuki)和前田穗南分别落后45秒和60秒，排在25位左右。张德顺落后95秒，第33位；李芷萱落后3分16秒，第56位；白丽落后7分45秒，第75位。
而包括美国奥运选拔赛冠军阿里芬·图里亚穆克(Aliphine Tuliamuk)、替补进入埃塞俄比亚队的泽内巴·伊莫尔(Zeineba Yimer)等十人已退出比赛。
27公里过后，莫莉·赛德尔开始加速；30公里前，肯尼亚的多哈世锦赛冠军切普格蒂奇开始掉队，领先集团剩下9人，一山麻绪仍身处其中。铃木亚由子落后2分11秒，前田穗南落后2分25秒；张德顺落后3分17秒，第39位；李芷萱落后6分21秒，第63位；白丽落后7分45秒，第74位。
两届东京马拉松冠军、埃塞俄比亚的比尔哈内·迪巴巴(Birhane Dibaba)和切普格蒂奇在30公里过后相继退出比赛。
33公里后，领先集团只剩下5人：杰普切切、科斯盖、萨尔皮特、赛德尔和巴林选手尤尼斯·切比奇·春巴(Eunice Chebichii Chumba)将对冠军展开争夺。2:02:58，领先集团通过35公里。一山麻绪处在第8位，铃木亚由子第22位，前田穗南第30位；张德顺落后5分45秒，第42位，李芷萱第60位，白丽第70位。
37公里后，硬顶了10公里的赛德尔开始掉速。肯尼亚的科斯盖和杰普切切逐渐拉开了与萨尔皮特的距离。2:19:59，科斯盖和杰普切切并肩通过第40公里计时点，赛德尔落后6秒。拥有纯女子半马世界纪录的杰普切切随后开始加速。
最终，杰普切切以2:27:20获得冠军。科斯盖落后16秒获得亚军。
这是自1984年女子马拉松首次进入奥运会后的第十场比赛。肯尼亚人第二次赢得奥运会女子马拉松冠军——在里约奥运会上，杰米玛·杰拉加特·苏姆贡(Jemima Jelagat Sumgong)为肯尼亚首次赢得金牌。十届比赛，日本、埃塞俄比亚、肯尼亚各有两次夺冠经历，其余四届冠军属于美国、葡萄牙、独联体和罗马尼亚。
