在8月6日的东京奥运会乒乓球女团决赛中，中国女子乒乓球队以3比0战胜日本队，成功卫冕冠军。首盘比赛，中国的陈梦和王曼昱组成的双打搭档以3比1击败了日本组合石川佳纯和平野美宇。尽管在首局以9比11失利，但陈梦和王曼昱凭借强大的实力迅速调整状态，连续赢得三局，最终取得胜利。接下来是双方的第一单打对决，孙颖莎再次面对伊藤美诚。孙颖莎延续了之前的好状态，以3比1的比分战胜伊藤美诚，只让对手赢得了一局。这帮助中国队以2比0的大比分领先。第三盘比赛，中国的小将王曼昱对阵日本的平野美宇。王曼昱表现出色，以3比0的比分干净利落地取得胜利。这使得陈梦在获得女子单打冠军仅一周后，再次站上东京奥运会的最高领奖台。在女团决赛中，陈梦带领年轻的孙颖莎和王曼昱成功击败了东道主日本队，实现了中国女子乒乓球队在奥运会上的四连冠。尽管这是陈梦首次参加奥运会，但她展现出了超越年龄的成熟。在获得女子单打冠军后，她离“大满贯”的目标更近了一步。在团体比赛中，陈梦在刘诗雯因伤退赛后，成为了女子队伍中年龄最大的选手。面对德国队、新加坡队和奥地利队的挑战，陈梦的表现始终稳定，帮助中国队顺利晋级。在女团决赛前，尽管日本队的头号女单伊藤美诚表现强势，但陈梦仍然保持冷静，她表示“我们三个人谁打她都可以”，显示了她坚定的信心。在决赛中，陈梦只在首盘双打比赛中出场，但她的表现充分体现了老将的作用。在首局失利后，她与王曼昱连赢三局，成功逆转局势。在比赛中，无论是比分落后还是暂停期间，陈梦都保持着冷静，不断鼓励队友，并与女队主教练李隼讨论战术变化。赛后，陈梦表示，第一次参加奥运会就能获得两枚金牌是一次“全新的突破”，也让她对个人及中国女子乒乓球队的未来充满信心。孙颖莎和王曼昱也认为，陈梦在队伍中的“大姐”地位无可置疑，无论在哪场比赛中，她在场上的引领作用无人能替代，她的存在让中国队的胜利更有保障。
