In der folgenden Saison 2010/11 verteidigte Kowalczyk ihren Titel bei der Tour de Ski vor der Norwegerin Therese Johaug, wobei sie vier Etappen für sich entscheiden konnte. Bei den Nordischen Skiweltmeisterschaften 2011 in Oslo gewann sie über 10 km klassisch und im Verfolgungsrennen jeweils Silber hinter Marit Bjørgen und Bronze im 30 km Massenstartrennen. Beim Weltcupfinale errang sie den zweiten Platz und beendete die Saison erneut auf den ersten Platz im Gesamt und Distanzweltcup. Zum Beginn der Saison 2011/12 kam sie bei der Nordic Opening in Kuusamo auf den fünften Rang. In Rogla erreichte sie ihren ersten Sieg in der Saison. Die Tour de Ski gewann sie zum dritten Mal in Folge. Dabei holte sie vier Etappensiege. Es folgten im Weltcup neun weitere Podestplatzierungen davon vier Siege. Beim Weltcupfinale belegte sie den fünften Platz und erreichte den jeweils zweiten Platz im Gesamt und Distanzweltcup hinter Marit Bjørgen. Nach schwachen Start in die folgende Saison mit dem 27. Rang in Gällivare erreichte sie bei der Nordic Opening den zweiten Gesamtplatz. Es folgten zwei Siege im 10 km Massenstartrennen und im Skiathlon in Canmore. Bei der &lt;a href="Tour%20de%20Ski%202012/13"&gt;Tour de Ski 2012/13&lt;/a&gt; errang sie erneut den ersten Platz in der Gesamtwertung. Dabei gewann fünf Etappen. Es folgten sieben weitere Podestplatzierungen, davon drei Siege. Sie holte damit ihren insgesamt vierten Sieg im Gesamt und Distanzweltcup. Bei den Nordischen Skiweltmeisterschaften 2013 im Val di Fiemme holte sie Silber im 30 km Massenstartrennen.