Viết tiếp cho đoạn này - Tại Giải vô địch thế giới 2009 ở Rome, Pellegrini đã phá vỡ kỷ lục thế giới một lần nữa trong 400 m tự do với thời gian 3
tại Istanbul, cô đã phá vỡ kỷ lục thế giới trong 200 m tự do với thời gian 1:51.17. Tại Giải vô địch châu Âu 2010 tại Budapest, Pellegrini đã giành huy chương đồng trong cuộc thi 800 m tự do, sau Lotte Friis và Ophélie-Cyrielle Etienne, và huy chương vàng trong cuộc thi 200 m tự do với thời gian 1:55.45; cùng năm, cô tuyên bố rằng cô sẽ làm việc với huấn luyện viên cũ của Laure Manadou, Philippe Lucas.