I sæsonen 2009/10 fik Kowalczyk seks World Cup sejr, blandt andet vandt hun Tour de Ski, og hun vandt igen den samlede World Cup. Ved vinter-OL 2010 i Vancouver fik hun sølv i klassisk sprint efter Marit Bjørgen. På den afsluttende 30 km klassisk kom det til et spurtopgør med den tredobbelte guldvinder Marit Bjørgen, og denne dyst afgjorde Kowalczyk til sin fordel.