北京时间8月17日晚22:00，里约奥运会男篮项目淘汰赛阶段的比赛正式开始。在先后进行的四场四分之一决赛中，澳大利亚男篮、西班牙男篮、美国男篮和塞尔维亚男篮分别击败了各自对手，晋级半决赛。失利的法国男篮核心后卫帕克赛后宣布不会再为国家队效力，阿根廷男篮黄金一代的三员老将也很有可能已经结束了他们在国家队的漫长征程。
两场半决赛的时间和对阵如下：
北京时间8月20日2:30 澳大利亚男篮 vs. 塞尔维亚男篮
北京时间8月20日6:00 西班牙男篮 vs. 美国男篮
上一届奥运会的冠亚军得主美国男篮和西班牙男篮此次在半决赛中提前相遇，西班牙男篮如果不打出100%的状态，很难和美国男篮抗衡。和立陶宛男篮一样秉持着欧洲篮球传统打法的塞尔维亚男篮想从打法集欧美所长的澳大利亚男篮手里拿下胜利也有很大难度。
澳大利亚男篮90-64立陶宛男篮
立陶宛男篮在小组赛中弄巧成拙。他们不作抵抗地大比分输给西班牙男篮，希望在四分之一决赛中和法国男篮相遇，没想到最后一场比赛却意外输给了克罗地亚男篮，小组排名掉到了第三，首场淘汰赛对上了实力仅次于美国男篮的澳大利亚男篮。
澳大利亚男篮开局进攻流畅，外线手感出色，首节三分球10投5中，米尔斯首节得分就已经上双。缺乏强点，但实力平均的立陶宛男篮依靠团队进攻顽强抗衡，进攻打得有条不紊。然而无奈本场澳大利亚男篮的外线手感实在太过火爆，尤其是米尔斯和德拉维多瓦这两点，只要有些许空间就敢于出手，而且命中率很高。比分差距逐渐被拉开，上半场比赛，澳大利亚男篮以48-30领先立陶宛男篮。
由于两队在实力上有一定差距，下半场立陶宛男篮在攻防两端都未见起色，比分差距也进一步扩大。最终，澳大利亚男篮以90-64战胜立陶宛男篮，时隔16年再次闯入奥运会男篮四强。全场比赛，米尔斯拿到了全队最高的24分，澳大利亚男篮命中率高达52%，全队共有30次助攻，展现出了足以争冠的实力。
西班牙男篮92-67法国男篮
西班牙男篮在小组赛中一度0胜2负，晋级形式岌岌可危，好在他们之后连胜3场，扭转了颓势。法国男篮在小组赛中打得中规中矩，输给了实力上有所不及的美国男篮和澳大利亚男篮，赢下了其他三场比赛。
本场比赛，西班牙男篮全场一直处于领先地位，半场结束时他们已经领先了13分。下半场比赛，西班牙男篮愈战愈勇，不断扩大领先优势；法国男篮则在攻防两端缺乏办法，最后一节更是显现出崩盘的迹象，多次轻松得分机会不中。最终，西班牙男篮以92-67大胜法国男篮。西班牙男篮的米罗蒂奇发挥出色，砍下23分5篮板。
法国男篮功勋后卫托尼·帕克在赛后确认，这是他代表法国男篮出战的最后一场比赛。帕克代表法国男篮参加了8届欧锦赛和2届奥运会。他曾率队在2013年欧锦赛上夺得冠军，并荣膺该次赛事MVP称号。本场比赛，他拿到了全队最高的14分，另外还有4个助攻。
美国男篮105-78阿根廷男篮
阿根廷男篮在B组的大混战中掉到了小组第四，不幸在四分之一决赛中就碰上了美国男篮。
首节比赛一上来，阿根廷男篮趁着美国男篮还没有找到场上感觉，先发制人取得14-7领先，全场阿根廷球迷欢呼震天。小组赛发挥不佳的杜兰特本场打得十分专注，他连续命中两记三分帮助美国队止住颓势。然而，美国男篮毕竟是世界篮坛的霸主，在随后的首节末段和次节初段，他们加强了防守侵略性，打出了一波27-2的狂潮，一举拉开比分。此后，虽然阿根廷男篮依靠吉诺比利苦苦支撑，但终究无力回天。最终，美国男篮以105-78战胜阿根廷男篮。
末节比赛，阿根廷男篮落后20分以上，比赛已经失去了悬念。阿根廷男篮教练塞尔吉奥·埃尔南德斯颇有人情味地派黄金一代三人组——吉诺比利、斯科拉、诺西奥尼重新上场，观众们用欢呼向他们致意，这很有可能是他们最后一次代表阿根廷男篮出场。全场比赛结束，吉诺比利挥手向观众致谢，红了眼眶。此役，吉诺比利拿下14分7助攻，斯科拉拿下15分10篮板，诺西奥尼砍下12分。
美国男篮这边，随着巴恩斯末节三分命中，他们全员都有得分进账，杜兰特拿到全队最高的27分。
塞尔维亚男篮86-83克罗地亚男篮
传统欧洲劲旅塞尔维亚男篮在小组赛中不敌打法相对快速的美国男篮、法国男篮和澳大利亚男篮，排名A组第四，他们面对的是在混战中侥幸冲到B组第一的克罗地亚男篮。
开场两支欧洲球队都打得比较耐心，按照战术磨阵地进攻，比赛节奏比较缓慢，而且两队命中率都不高，均不足四成。首节比赛塞尔维亚男篮以20-19领先1分。第二节比赛，克罗地亚男篮将命中率提高到了46%。塞尔维亚男篮的命中率仍旧只有33%，好在他们半场抢了11个进攻篮板，比克罗地亚男篮多了14次出手机会，仅以32-38落后6分。
第三节，塞尔维亚男篮强硬地冲击篮下，反超了比分。落后的克罗地亚男篮开始变得有些焦躁，9号萨里奇在一次死球状态中推搡了约基奇吃到了一个违体犯规。塞尔维亚男篮抓住这个机会接连命中三分，在第三节末将比分差距拉开至14分。第四节，克罗地亚男篮平复了心态，奋起直追，在比赛还剩4分半的时候将分差缩小为3分，这个分差保持到了最后一分钟。比赛还剩27秒，拉杜利察2罚1中，帮助塞尔维亚男篮领先4分。此后克罗地亚男篮采取了犯规战术，塞尔维亚男篮机智地还施彼身，也对克罗地亚男篮队员犯规，以阻止他们投三分。最终，塞尔维亚男篮以86-83战胜克罗地亚男篮，以下克上，成功晋级。
在这场比赛中，塞尔维亚男篮的特奥多西奇拿下了10次助攻，正是他最后关头的梳理进攻帮助塞尔维亚男篮维持住了优势。克罗地亚男篮的博格达诺维奇得到全场最高的28分，最后时刻他想以一己之力帮助球队获胜，可惜打得过于急躁，效果不佳。
