Na Letnich Igrzyskach Olimpijskich w Atenach w 2004 roku Tregubova ponownie zakwalifikowała się do biegu na 50 m swobodnym stylu.
/przedstawiając FINA B-cut 26,90 /z Mistrzostw Rosji w Moskwie. Pływając w tym samym cieple co Sydney, zdobyła drugie miejsce nad Arubą Roshendra Vrolijk o 0,03 sekundy, poza jej czasem 28.40. Tregubova nie awansowała do półfinału, ponieważ zajęła czterdzieści ósmą pozycję spośród 75 pływaków w ostatnim dniu wstępnych zawodów.