Återigen blev det en tuff duell mellan Ledecky och rivalen Ariarne Titmus.
Australiskan har tidigare tagit hem både 200 och 400 meter fritt, men på 800 meter i natt fick Ledecky sin revansch och vann på 8.12,57, över en sekund före Titmus (8.13,83).
– Jag såg henne hela vägen. Jag försökte hålla koll på henne och öka avståndet lite grand för varje 50 meter. Jag visste att hon skulle lura där bakom hela loppet, säger 24-åriga Ledecky enligt ESPN.
Italiens Simona Quadarella blev trea på 8.18,35.
”Behövde ett försprång”
På 200 och 400 meter har Titmus vunnit efter starka avslutningar.
– Jag vet om att hon har en stark målgång så jag behövde skapa mig ett försprång så att vi inte låg sida vid sida på slutet, säger Ledecky.
Katie Ledecky stannar därmed på två guld och två silver i Tokyo. Förutom nattens seger blev det också guld i paradgrenen 1 500 meter fritt, som för första gången fanns med på OS-programmet för damer.
Totalt har hon vunnit sju OS-guld i karriären.
Ariarne Titmus, som gör sitt första OS i karriären, stannar på två guld, ett silver och ett brons.
MER SIMNING: Här missar Sarah Sjöström medalj på 100 meter frisim (30 juli 2021)