Erfolgreich begann auch das Jahr 2016. Bei den Hallenweltmeisterschaften in Portland wurden Ewelina Ptak, Małgorzata Hołub, Magdalena Gorzkowska und Justyna Święty hinter den Amerikanerinnen Vize-Weltmeisterinnen. Im Einzel schied sie mit 52,73 s im Halbfinale aus. Daraufhin qualifizierte sie sich erneut für die Europameisterschaften in Amsterdam, bei denen sie mit 51,89 s den fünften Platz über 400 Meter belegte sowie mit der polnischen Stafette als Vierte in 3:27,60 min den Gewinn einer Medaille verpasste. Daran anschließend erfolgte die Teilnahme an den Olympischen Spielen in Rio de Janeiro, bei denen sie das Halbfinale über 400 Meter erreichte und dort mit 51,93 s ausschied. Mit der Staffel gelangte sie in das Finale und belegte dort in 3:27,28 min den siebten Endrang. Bei den Halleneuropameisterschaften 2017 in Belgrad belegte Hołub in 54,29 s den sechsten Platz über 400 Meter und gewann die Goldmedaille mit der polnischen Staffel in 3:29,94 min vor dem Vereinigten Königreich und der Ukraine. Bei den World Relays gewann die polnische Mannschaft erstmals die Silbermedaille. Sie qualifizierte sich auch für die Weltmeisterschaften in London und schied dort im Einzelbewerb mit 52,26 s bereits in der Vorrunde aus. Mit der polnischen Stafette gewann sie hinter den Staffeln aus den USA und dem Vereinigten Königreich in 3:25,41 min die Bronzemedaille. Zwei Wochen später gewann sie bei den Weltstudentenspielen in Taipeh mit 3:26,75 min erneut die Goldmedaille mit der polnischen Mannschaft. Sie siegte auch im Einzelbewerb über 400 Meter in 51,76 s.