În a doua apariţie a lui Coughlin la Olimpiadă, la Beijing în 2008, ea a devenit prima atletă americană care a câştigat şase medalii la o singură Olimpiadă. A fost aleasă căpitan al echipei de înot a femeilor din SUA împreună cu Dara Torres, de cinci ori olimpiană, și Amanda Beard, de patru ori olimpiană. Coughlin a câștigat medalia de aur la 100 de metri pe spate la acele Olimpiade, fiind prima femeie care a reușit să apere cu succes o medalie de aur în picioare la acel eveniment. Recordul ei mondial a fost depășit în semifinala de Kirsty Coventry, care a luat argintul. Stând pe platforma medaliei, buza ei încă sângera după ce a mușcat-o în timpul cursei pentru a o distrage de la durerea din picioare. Ea a câștigat o medalie de argint în ștafetă de 4 × 100 de metri stil liber, înotând cu Lacey Nymeyer, Kara Lynn Joyce și Dara Torres, și a câștigat, de asemenea, medalii de bronz la medaliile individuale de 200 de metri, ștafetă de 4 × 200 de metri stil liber.
, și 100 de metri stil liber. Ea a câștigat o medalie de argint în cursa finală în ștafetă de 4 × 100 de metri înotând cu Rebecca Soni, Christine Magnuson și Dara Torres.