V roce 2004 se Tregubová na olympijských hrách v Aténách znovu kvalifikovala na 50 m volným stylem.
tím, že překonal rekord FINA B-cut 26,90 z Ruského otevřeného šampionátu v Moskvě. Plavala ve stejném horku jako Sydney a získala druhé místo nad Arubou Roshendra Vrolijk o 0,03 sekundy, mimo svůj vstupní čas 28,40. Tregubová se nedostala do semifinále, protože se umístila na čtyřicátém osmém místě ze 75 plavců v posledním dni předběžných soutěží.