Coughlini teisel olümpiamängudel, Pekingis 2008. aastal, sai ta esimeseks Ameerika naissoost sportlaseks, kes võitis kuue medali ühes olümpiamängus. Ta valiti USA naistel ujumise meeskonna ühise kapteniks koos viie korra olümpiavõitja Dara Torrese ja neljakordse olümpiavõitja Amanda Beardiga. Coughlin võitis kuldmedali 100 meetri seljavõitmisel, olles esimene naine, kes selle võistluse kuldmedali edukalt kaitses. Tema maailmarekordid ületati poolfinaalis Kirsty Coventry poolt, kes võitis hõbeda. Medaliplatvormil seistes veritses ta huule, mille ta oli võistluse ajal hammustanud, et teda jalgade valust eemale juhtida. Ta võitis hõbedamedaali 4 × 100 meetri vabastiilis, ujudes koos Lacey Nymeyer, Kara Lynn Joyce ja Dara Torres, ning võitis ka pronssimedaali 200 meetri individuaalses medley, 4 × 200 meetri vabastiilis
, ja 100 meetri vabas stiilis. Ta võitis oma viimases võistluses hõbemedaali 4 × 100 meetri medlee relee ujumises koos Rebecca Soni, Christine Magnusoni ja Dara Torres'iga.