Ab 2002 kämpfte Ilse Heylen wieder im Halbleichtgewicht. Bei den Europameisterschaften erreichte sie 2002 das Halbfinale gegen die Britin Georgina Singleton. Nach Ihrer Niederlage verlor sie auch gegen die Rumänin Alina Alexandra Dumitru und belegte den fünften Platz. 2003 gewann Heylens ihren dritten Meistertitel. Bei den Europameisterschaften 2004 unterlag sie im Finale der Rumänin Ioana Aluaş. In Athen bei den Olympischen Spielen 2004 verlor sie im Viertelfinale gegen Amarilis Savón aus Kuba. Mit drei Siegen in der Hoffnungsrunde erkämpfte sie sich eine Bronzemedaille.