Bei den Olympischen Winterspielen 1998 in Nagano gewann Niemann-Stirnemann bei einem deutschen Dreifachsieg über 3000 Meter vor Claudia Pechstein und Anni Friesinger ihre dritte olympische Goldmedaille. Über 1500 Meter und 5000 Meter belegte sie zweimal den Silberrang. Auf der 5000-Meter-Strecke stellte sie im vorletzten Paar mit 6:59,65 Minuten einen neuen Weltrekord auf, der 3,5 Sekunden unter ihrer eigenen vorherigen Bestmarke lag. Im abschließenden Lauf verbesserte Pechstein diese Zeit um vier Hundertstelsekunden und schlug Niemann-Stirnemann zum zweiten Mal in Folge bei Olympia über diese Strecke. Am 28. März 1998 holte sich Niemann-Stirnemann bei den Einzelstreckenweltmeisterschaften den Weltrekord zurück und hatte mit einer Zeit von 6:58,63 Minuten vier Sekunden Vorsprung auf Pechstein, während die drittplatzierte Niederländerin Carla Zijlstra mehr als zehn Sekunden Rückstand aufwies.