一举击败东道主巴西挺进四强后，中国女排在北京时间8月19日上午的半决赛迎来了荷兰队。此前，中国队小组赛上憾负荷兰队，本次比赛以3-1一雪前耻，时隔12年再次成功挺进里约奥运会女排决赛。四局比分为27-25，23-25，29-27，25-23。

　　此役中国队首发阵容为主攻朱婷、惠若琪，副攻袁心玥、徐云丽，接应张常宁，二传魏秋月和自由人林莉。荷兰队派出主攻布依吉斯、皮特森，副攻德克鲁伊夫、贝里恩，接应斯洛特耶斯，二传迪耶科玛和自由人斯塔姆组成首发。 

　　首局中国队在3-7申请暂停，斯洛特耶斯扣球得分，布衣吉斯制造打手出界11-4领先。中国队5-12派上丁霞、杨方旭。惠若琪发球有效地破坏了对方一传，对方连续失误迫使荷兰12-9申请暂停。朱婷高点强攻，制造对方打手出界连续追分并将比分扳至13平。惠若琪吊球将比分反超至19平，荷兰二传和攻手配合失误，徐云丽背飞得分迫使荷兰队在20-22申请暂停。丁霞垫球配合朱婷大力扣杀，中国24-20率先进入赛点。荷兰队发球压线将比分追至24平。荷兰队虽扳回几个局点，但不敌朱婷顽强扣杀，中国队27-25拿下第一局。

　　第二局张常宁打手出界、发球得分4-2领先，随后又在一号位将球救起配合朱婷后排进攻得分。荷兰队在5-8时申请暂停。布衣吉斯发球得分将比分追平至9-9。朱婷、徐云丽双人拦网、斯洛特耶斯发球得分双方再次打成13平。袁心玥、魏秋月双人拦网，惠若琪扣杀得分。此时的荷兰队也不示弱，双方比分胶着。中国队连续防反在17平时申请暂停。普拉克吊打结合将比分反超至22-19，荷兰队在24-23申请暂停。调整后荷兰队拦网成功以25-23扳回一局。

　　第三局比赛开始荷兰队5-0领先，中国队申请暂停。朱婷打手出界拿下第一分，随后中国队换上龚翔宇，龚翔宇连续扣杀，颜妮看准对方空区连续扣球将比分追至10-11。布衣吉斯发球得分，德克鲁伊夫、斯洛特耶斯拦网成功，中国队在14-17申请暂停。丁霞配合颜妮快攻，荷兰队在21-19申请暂停。荷兰队发球失误连丢两分，袁心玥快攻将比分追成23平迫使荷兰队再次叫停。惠若琪后攻、颜妮拦网将比分反超。荷兰队发球失误，朱婷探头中国队29-27再赢一局。

　　第四局开局袁心玥连续快攻3-0领先，惠若琪强攻，颜妮、惠若琪双人拦网一路领先迫使荷兰队10-13申请暂停。中国队也在13-12时申请暂停。普拉克、斯洛特耶斯扣球反击将比分追至17平。朱婷四号位斜线强攻，丁霞看准对方空当顺势扣球得分迫使荷兰队21-23叫停。荷兰队换上斯托尔滕伯格发球依然没有拦住中国队进攻。龚翔宇制造对方拦网出界25-23险胜，最终以总比分3-1战胜荷兰队。