Seitsemän vuoden jälkeen Torres alkoi treenata olympialaisten paluuta varten vuonna 1999 valmentaja Richard Quickin ohjauksessa. Hän voitti viisi mitalia vuoden 2000 kesäolympialaisissa Sydneyssä, mutta säästi parhaansa kahdelle Yhdysvaltain naisten olympialaisjoukkueen tärkeimmälle risteilytapahtumalle. Hän ui toisella jalalla voittaneelle Yhdysvaltain naisten joukkueelle 4 × 100 metrin vapaasti renkaiden risteyksessä, johon kuului Amy Van Dyken, Courtney Shealy ja Jenny Thompson. Torres voitti toisen kultamitalin voittavan Yhdysvaltain joukkueen ankkuroimiseksi 4 × 100 metrin risteyksessä joukkuetovereidensa B.J. Bedfordin, Megan Quannin ja Jenny Thompsonin kanssa finaalissa. Torres voitti myös pronssimitalin - ensimmäiset olympiamitalinsa - jokaisessa 50 metrin vapaasti.
, 100-metrin perhos- ja 100-metrin vapaasti, - tasapainottamassa joukkuetoverinsa ja kilpailijansa Jenny Thompsonin kanssa kolmanneksi viime kilpailussa. 33-vuotiaana Torresista tuli vanhin nainen, joka on voittanut olympiamitalin uinnissa. Hän oli Yhdysvaltain olympialaisten uimajoukkueen vanhin jäsen, mutta voitti enemmän mitaleja (viisi) kuin mikään muu Yhdysvaltain joukkueen jäsen.