7 sierpnia Pasieka zakwalifikowała się do finału w skoku na czwartym miejscu zyskując noty 14,733 i 15,366 oraz łączny wynik 15,049. Kadra rosyjska otrzymała kwalifikację na trzeciej pozycji z punktacją 174,620.
9 sierpnia Rosja wygrała srebrny medal w konkurencji drużynowej z łącznym wynikiem 176.688. Marija otrzymała notę 15,700 w skoku. Amerykanki zostały mistrzyniami olimpijskimi z wynikiem 184,897, podczas gdy kadra Chin uplasowała się na trzeciej lokacie z notą 176,003.
14 sierpnia wystąpiła w finale w skoku, gdzie otrzymała punktację 15,266 i 15,241. Z łącznym wynikiem 15,253, Pasieka wygrała drugi srebrny medal, podczas gdy Simone Biles została mistrzynią olimpijską, a Giulia Steingruber wygrała brąz i zarówno swój pierwszy medal igrzysk w karierze. Marija została pierwszą gimnastyczką od czasów Ludmiły Turiszczewej, która wygrała dwa medale w skoku na dwóch Igrzyskach Olimpijskich z rzędu.
2017 Ze względu na problemy z kręgosłupem Pasieka nie brała udziału w żadnych zawodach na początku nowego cyklu olimpijskiego, jednak mimo tego została wytypowana do kadry rosyjskiej na Mistrzostwa Europy w Klużu-Napoce.