2004. aasta Ateena olümpiamängudel kvalifitseeriti Tregubova taas 50 meetri vabasõitja
FINA B-katte 26.90 möödudes Venemaa avatud meistrivõistlustest Moskvas. Ujus samas kuumuses kui Sydney, ta võttis teise koha üle Arubast Roshendra Vrolijk 0,03 sekundi võrra, väljaspool tema sisenemise aega 28,40. Tregubova ei jõudnud poolfinaali, sest ta oli eelvalimiste viimasel päeval 75 ujuja hulgast neljakümne kaheksas.