Die auf die Dopingsperre folgende Saison 2005/06 war Kowalczyks bis dahin erfolgreichste. Im Weltcup platzierte sie sich als Sechste beim Sprint von Nové Mesto erstmals in den Top 10, anschließend folgte zu Beginn des Jahres 2006 ihr erster Podiumsrang, als sie Dritte über 10 Kilometer in Otepää wurde. In dieser guten Form reiste sie zu den Olympischen Winterspielen 2006 in Turin. Dort platzierte sie sich bereits in der Verfolgung auf Rang acht, wonach allerdings zwei Enttäuschungen kamen. Das 10-Kilometer-Rennen konnte sie nicht beenden und im Sprint schied sie als 44. bereits in der Qualifikation aus. Erst im letzten Wettkampf, dem 30-Kilometer-Massenstart, zeigte sich Kowalczyk und lieferte ein gutes Rennen ab, das sie als Dritte und Bronzemedaillengewinnerin beendete. Nur im Zielsprint musste sie sich geschlagen geben, sodass sie sogar den Sieg von Kateřina Neumannová nur um zwei Sekunden verpasste. Dennoch war sie damit die erste olympische Medaillengewinnerin für Polen im Skilanglauf. Im Gesamtweltcup platzierte sie sich mit 392 Punkten auf Rang 13.