Under grenfinalen i fristående slutade Jordan Chiles först på femteplats. Men efter en överklagan redan under finalens gång från hennes tränare Cecile Landi, som godkändes, slutade 23-åringen på en bronsplats.
Rumänskan Ana Bărbosu petades ner till fjärdeplats och var otröstlig efter beskedet.
Rumänien skickade även dem in en överklagan efter tävlingen till idrottens skiljedomstol Cas, som nu har godkänts.
Skiljedomstolen kom fram till att amerikanskans överklagan lämnades in försent, fyra sekunder sent för att vara exakt.
I och med Cas beslut – som Internationella gymnastikförbundet har backat – flyttas Chiles tillbaka till femteplatsen, och Bărbosu har efter om och men tilldelats bronsplatsen.
Internationella olympiska kommittén (IOK) har efter Cas beslut bekräftat att Chiles kommer behöva lämna tillbaka sin bronsmedalj, som istället ska ges till Bărbosu.
IOK för diskussioner med den Paralympiska kommittén om att anordna en ceremoni i efterhand för den rumänska gymnasten.