在2009年罗马世界锦标赛上,佩莱格里尼以3:59.15的时间再次打破了400米自由泳的世界纪录,赢得了金牌,从而成为第一个打破4分钟障碍的女游泳运动员;她还在200米自由泳中赢得了金牌,并以1:52.98的时间打破了自己的世界纪录. 在
2009年在伊斯坦布尔举行的欧洲短道锦标赛,她以1:51.17的时间打破了200米自由式的世界纪录. 在2010年布达佩斯欧洲锦标赛上,佩莱格里尼在800米自由式比赛中获得铜牌,落后于洛特·弗里斯和奥菲利·西里埃尔·埃蒂安,并在200米自由式比赛中获得金牌,时间为1:55.45;同年,她宣布将与劳雷·马纳杜的前教练菲利普·卢卡斯合作.