Í seinni Ólympíuleikjum Coughlins, í Peking árið 2008, varð hún fyrsta bandaríska kvenkyns íþróttakonan til að vinna sex verðlaun á einum Ólympíuleikum. Hún var kjörin sameiginlegur fyrirliði bandaríska kvenna sundliðsins ásamt fimm sinnum Ólympíuleikjum Dara Torres og fjórum sinnum Ólympíuleikjum Amanda Beard. Coughlin vann gullverðlaun í 100 metra bakhlaupi á þessum Ólympíuleikum, en hún var fyrsta konan sem vann gullverðlaun á þessum mótum. Hún stóð á medalíupallinum og blæddi enn úr læpunni eftir að hafa bitið hana á meðan á keppninni stóð til að leiða athygli hennar frá sársauka í fótunum. Hún vann silfurverðlaun í 4×100 metra frjáls stýri, syndi með Lacey Nymeyer, Kara Lynn Joyce og Dara Torres, og vann einnig bronsverðlaun í 200 metra einstaklings stýri, 4×200 metra frjáls stýri
, og 100 metra frjáls. Hún vann silfurverðlaun í síðasta hlaupi sínu í 4×100 metra samskeytum við hlaupið með Rebecca Soni, Christine Magnuson og Dara Torres.