Ana Barbosu y Sabrina Voinea quedaron fuera del podio al término de la final, por detrás de Rebeca Andrade (oro), la estrella norteamericana Simone Biles (plata) y la también estadounidense Jordan Chiles (bronce).
Pero las dos criticaron la forma como se desarrolló la prueba, y salieron del Bercy Arena entre lágrimas.
Barbosu, de 18 años, fue anunciada inicialmente como tercera, e incluso sacó la bandera rumana para celebrarlo, antes de ser relegada a la cuarta posición porque los jueces habían reevaluado al alza la calificación de Chiles.
Sabrina Voinea, quinta, impugnó sin éxito su resultado.
"Hice mi mejor ejercicio, no entiendo por qué fui penalizada. Sé que merecía una nota mejor", declaró la gimnasta de 17 años ante los medios de comunicación.
Su madre y entrenadora, Camelia Voinea, anunció poco después en Facebook su retirada del circuito.
La legendaria Nadia Comaneci entró en el debate, saliendo en defensa de las dos jóvenes gimnastas en una serie de mensajes en la red X, en los que pidió revisar la calificación de Voinea y velar por la "salud mental" de las deportistas.
Ante el escándalo, la federación rumana de gimnasia anunció el martes su intención de presentar dos demandas ante el Tribunal Arbitral del Deporte (TAS), según dijo a AFP su presidenta, Carmencita Constantin.
El primer ministro anunció que ha decidido no participar en la ceremonia de cierre de los Juegos Olímpicos de París, que se llevará a cabo este domingo.
"Nuestras atletas han sido tratadas de forma totalmente deshonrosa", estimó Marcel Ciolacu, que habló de "injusticia flagrante".
El jefe del gobierno rumano prometió a ambas que serán "tratadas como campeonas olímpicas" a su regreso al país, donde los medallistas de bronce tienen derecho a una recompensa de 60.000 euros.