Los estadounidenses vencieron en la final con marca de 3 minutos y 27,95 segundos a los británicos (3:29,24).
El equipo australiano se llevó el bronce con 3:29,93 minutos.
Phelps prometió con anterioridad que pondría fin a su carrera después de las Olimpiadas de Río.
Los XXXI Juegos Olímpicos arrancaron el pasado 5 de agosto y se prolongarán hasta el día 21.
El actual líder del medallero, Estados Unidos, ostenta 24 medallas de oro.
Con la victoria de la selección femenina en relevos 4x100 m combinados, el país llegó este sábado al hito de 1.000 preseas doradas, por primera vez en la historia de las Olimpiadas.