De werelden van Mario en Sonic komen opnieuw samen in de meer dan 17 spannende evenementen van Mario + Sonic op de Olympische Spelen: Rio 2016 voor de Wii U, vanaf 24 juni verkrijgbaar. Dit nieuwste deel in de serie vindt plaats in Rio de Janeiro, de locatie van de Olympische Zomerspelen van de XXXIe Olympiade en bevat meer dan 30 speelbare personages, de mogelijkheid om met je Mii-personage te spelen, en heel veel hectische vier-speler-actie om met vrienden en familie van te genieten. Nieuw daarbij zijn de dueldisciplines, waarin bekende sporten een typische Mario + Sonic-insteek krijgen. Rugby sevens is een van de drie sporten, samen met voetbal en strandvolleybal, met een eigen dueldiscipline. Doordat spelers bekende voorwerpen als Bullet Bills en Chaos Emeralds kunnen gebruiken, krijgt de actie een heel nieuwe wending en zijn chaotische meerspelermatches gegarandeerd. Tijdens dueldisciplines bouwen spelers duelpunten op met acties als tackles, smashes of schoten op doel. Wanneer ze vervolgens een try, punt of goal scoren, worden deze duelpunten aan hun totaalscore toegevoegd. Zo ontstaan spectaculaire wedstrijden die spannend blijven tot de laatste seconde. Spelers kunnen ook voor het goud gaan in klassieke Olympische sporten zoals boksen, boogschieten en de 100 meter sprint. In de stand voor een speler kan de speler de Wii U GamePad gebruiken, terwijl de actie in de meerspelerstand met de knoppen van de Wii-afstandsbediening wordt bestuurd.

Alle evenementen vinden plaats in omgevingen die zijn gebaseerd op de echte locaties van de Olympische Spelen, zodat spelers ook de authentieke sfeer van Rio kunnen proeven. Ritmische gymnastiek (met knotsen) en rugby sevens (een debuutsport op de Olympische Zomerspelen Rio 2016) zijn voor het eerst speelbare sporten. Naast de nieuwe disciplines is er het nieuwe heldenduel: een spelstand voor de fanatiekste Mario- en Sonic-fans die beschikbaar komt als een speler eerste is geworden in alle 17 disciplines, of vaker dan zeven keer een bronzen medaille heeft gewonnen in toernooien. Deelnemers kiezen voor Team Mario of Team Sonic en strijden tegen elkaar in knockoutrondes. Voor een ware, allround beproeving worden de disciplines willekeurig gekozen. Na elke ronde wordt een lid van het verliezende team uit het toernooi gezet, tot alle leden van een team zijn verdwenen, of de Team Captains Mario en Sonic zijn uitgeschakeld. Welk team houdt het langste stand?

Meer dan 30 personages uit de series van Mario en Sonic zijn speelbaar, inclusief personages die alleen bij bepaalde disciplines verschijnen. Daarnaast kunnen spelers als Mii-personage deelnemen in toernooien voor alle disciplines. De munten en ringen die spelers verdienen kunnen ze gebruiken om extra kostuums te kopen uit de respectievelijke series van Mario en Sonic. Aanvullende speciale toernooien zijn toegankelijk met behulp van amiibo-figuurtjes, die na het voltooien van 25 toernooien gebruikt kunnen worden. Door een Sonic-amiibo tegen de Wii U GamePad te houden zal de Sonic-competitie beginnen, hierin neemt de speler het met zijn of haar Mii-personage op tegen personages uit de Sonic-serie. Door gebruik van een Mario-amiibo kan de Mario-competitie gespeeld worden, waarin spelers strijden tegen personages uit het Paddenstoelenrijk. Een speciaal Mii-kostuum van Mario of Sonic is de beloning voor het winnen van de respectievelijke competities. Het scannen van elke andere amiibo beloont de speler met munten of ringen die ze kunnen gebruiken.