У 1/8 фіналу змагань у ваговій категорії 85 кг Беленюк виграв у представника Єгипту Мохамеда Саада (9:0), у чвертьфіналі здолав Миколая Байрякова з Болгарії (10:1), у півфіналі виявився сильнішим за білоруса Джавіда Гамзатова (6:0).
У фіналі Беленюк лідирував за підсумками першого періоду (2:0), але при неоднозначному суддівстві програв другий. Підсумковий рахунок - 2:9.
Таким чином, Беленюк приніс Україні п'яту медаль Олімпіади-2016. Раніше "срібло" виграли Сергій Куліш, Олег Верняєв та жіноча збірна з фехтування на шаблі, а "бронзу" - Ольга Харлан.