[15]​[16]​ En mayo de 2013, Fratus sometió a una cirugía para resolver una lesión en su hombro derecho, que había durado dos años.

Los expertos dijeron que si César Cielo y Matheus Santana estaban celebrando este relé, Brasil habría ganado el oro, derrotando a Australia y los Estados Unidos.

[21]​ Al día siguiente, ganó la medalla de oro en los 50 metros libre, derrotando a los campeones olímpicos Anthony Ervin y Nathan Adrian, rompiendo el récord del campeonato, y batiendo su récord personal con un tiempo de 21s44.

Con esto, el relevo 4 × 100 m libre brasileño, cuyo objetivo es ganar los Juegos Olímpicos de 2016, se ha fortificado - César Cielo tiene, como mejor marca personal, 47s84, Marcelo Chierighini tiene 48s11 y Matheus Santana tiene 48s25.

[29]​ También terminó cuarto en los 4 × 100 m libre, junto con Marcelo Chierighini, Matheus Santana y João de Lucca.

[33]​ En el Abierto celebrado en Palhoça en diciembre de 2015, Bruno Fratus rompió su récord personal en los 50 metros estilo libre, con 21s37, en la apertura del relevo 4 x 50 metros libres del equipo de Pinheiros.

Fratus rompió el mejor marca de César Cielo en este evento sin las súper ropas (21s32).

Fratus solo logró volver a entrenar en buenas condiciones en febrero de 2019.

Ganó innumerables oros en las pruebas preparatorias en Europa, y llegó al Campeonato del Mundo con los tres mejores tiempos del mundo en este momento: 21.31 (Mare Nostrum Monaco), 21.42 (Sette Colli) y 21.47.