Avec les relais américains, elle s'incline pour la première fois en grande compétition. Devancée à deux reprises par la Jamaïque, les équipes américaines doivent se contenter, de deux médailles d'argent. Lors de la finale du relais 4 x, Felix qui prend le témoin avec 1,99 secondes de retard sur McPherson, réalise un troisième relais supersonique (47 s 72) et replace les États-Unis avec 0,48s d'avance pour le dernier tour. Mais la dernière relayeuse américaine Francena McCorory se fait passer à quelques mètres de la ligne d'arrivée par Novlene Williams-Mills. Seul deux athlètes dans l'histoire ont réalisé un meilleur en relais qu'Allyson Felix à Pékin, la Tchèque Jarmila Kratochvílová en 1982 (47 s 60) et l'Allemande (de l'ex-RDA) Marita Koch en 1984 (47 s 70).