Lavillenie ville ha revansch efter EM-fiaskot – där han rev ut sig på ingångshöjden 5,75 – och visade tidigt att han var i slag.
Fransmannen, som vann guld i London för fyra år sedan, var felfri fram till 5,98 vilket också är hans bästa notering i OS-sammanhang.
I det läget var brasilianske hemmahoppet Thiago Braz da Silva pressad. Han hade redan tangerat sitt personbästa på 5,93, först satt i Berlin i februari. Men 22-åringen bars fram av den högljudda publiken och slog till med sitt livs hopp.
Första hoppet över sex meter
Da Silva var högt, högt över ribban när han klarade 6,03 i andra försöket.
En chockad Lavillenie hade rivit två gånger på samma höjd och höjde ribban till 6,08 i ett försök att återta ledningen. Men fransmannen rev rejält och fick nöja sig med silvret. Amerikanen Sam Kendricks blev trea på 5,85.
– Otroligt. Mitt första hopp över sex meter. Publiken hejade på mig för mycket. Jag var tvungen att ha mina tankar på tekniken och glömma bort folket, säger da Silva enligt TT.
”Inte fair play från publiken”
Den 29-årige veteranen Lavillenie var missnöjd över att publiken buade inför hans sista hopp.
– Det var ingen fair play från publiken. Sånt är för fotboll, inte friidrott. 1936 var publiken emot Jesse Owens, vi har inte sett det sedan dess. Men vi får leva med det, säger han enligt TT.
”Det är inte värdigt en olympisk arena”, skriver han på Instagram.
Jag ångrar ingenting, skriver Lavillenie på Instagram.
Brasilien har nu tagit två guld i Rio, det första i judo av Rafaela Silva förra måndagen.