W 2010 roku wystartowała na igrzyskach olimpijskich w Vancouver, gdzie zdobyła dwa medale. Najpierw zwyciężyła w sprincie, zdobywając pierwszy w historii złoty medal olimpijski w tym sporcie dla Słowacji. Wyprzedziła tam Magdalenę Neuner i Francuzkę Marie Dorin Habert. Następnie zajęła drugie miejsce w biegu pościgowym, w którym wyprzedziła ją Neuner. Na rozgrywanych cztery lata później igrzyskach w Soczi ponownie zwyciężyła w sprincie, zostając pierwszą w historii biathlonistką, która obroniła tytuł mistrzyni olimpijskiejSoczi 2014. Nowakowska-Ziemniak siódma, Kuzmina obroniła tytuł. W biegu pościgowym była tym razem szósta. Brała także udział w igrzyskach olimpijskich w Pjongczangu w 2018 roku, gdzie zdobyła kolejne 3 medale. Najpierw zajęła drugie miejsce w biegu pościgowym, rozdzielając Dahlmeier i Francuzkę Anaïs Bescond. Następnie drugie miejsce zajęła też w biegu indywidualnym, ulegając Szwedce Hannie Öberg. Ponadto zwyciężyła w biegu masowym, zdobywając kolejny pierwszy w historii złoty medal olimpijski w tej konkurencji dla Słowacji.