Spanieren tabte med 3-6, 2-6 til Nuno Borges fra Portugal (nr. 7) i finalen på sit yndlingsunderlag, grus. Den sidste test før de olympiske lege var ikke desto mindre en succes for den 38-årige.
Den 22-dobbelte Grand Slam-vinder nåede således en finale for første gang siden 2022.
"Jeg ved, at vi alle ønskede, at Rafael skulle vinde. En del af mig ønskede det også," sagde Borges efter kampen.
Det var hans første turneringssejr på ATP-touren.
"Men jeg er virkelig stolt af mig selv. Jeg elsker at være nået hertil."
Borges, der ligger nummer 51 på verdensranglisten, formåede at bryde Nadal flere gange og vandt sikkert med cifrene 6-3, 6-2 i finalen.
Meget hurtigt i søndagens finale blev det klart, at den 38-årige Nadal måtte udnytte sin erfaring for at få ram på den 11 år yngre Borges på grusbanen i Sverige.
Det begyndte tæt mellem de to sydeuropæere, men allerede i Nadals første serveparti blev han brudt.
Først i sit fjerde serveparti var der gevinst for Nadal, men her var skaden sket, og Borges vandt sikkert sættet 6-3.
I andet sæt fik Nadal mere styr på sine servepartier, men alligevel var det spanieren, der først blev brudt til 2-3.
Dermed skulle Borges bare forsvare sine servepartier for at vinde finalen. Og det formåede portugiseren på fornemmeste vis, mens det sågar lykkedes at bryde Nadal endnu en gang.
Det blev dermed til et spansk nederlag i Nadals 131. ATP-singlefinale.
Nadal besejrede i 2022 nordmanden Casper Ruud på sit yndlingsunderlag og blev kronet som French Open-vinder.
Fra på lørdag kæmper mallorcaneren for sin tredje olympiske guldmedalje på Stade Roland Garros.