Nachdem Leu im Januar 2001 zum zweiten Mal ein Weltcupspringen gewonnen hatte, gehörte sie vor der Weltmeisterschaft 2001 zu den Favoritinnen; als Viertplatzierte verpasste sie knapp eine Medaille. Bei den Olympischen Winterspielen 2002 gewann sie überlegen die Qualifikation und stellte mit 203,16 Punkten sogar einen neuen Weltrekord auf. Sie konnte aber in den Finaldurchgängen dem Druck nicht standhalten, stürzte zweimal und fiel auf den elften Platz zurück. Nach der eher durchzogenen Saison 2002/03 gewann Leu zum Saisonabschluss zum dritten Mal. In der Saison 2003/04 stand sie viermal auf dem Podest. Weitere drei Podestplätze, darunter ein Sieg, folgten in der Saison 2004/05. Bei der Weltmeisterschaft 2005 in Ruka gewann sie die Silbermedaille hinter Li Nina.