Até 2003, ela era uma quase desconhecida no mundo dos grandes eventos da marcha atlética feminina de 20 km, chegando apenas em sétimo lugar no Mundial de Paris realizado naquele ano. Os últimos campeonatos mundiais haviam sido vencidos pelas atletas russas e chinesas, favoritas ao ouro em Atenas. Nos Jogos porém, ela surpreendeu. A russa Olimpiada Ivanova, recordista mundial, liderou a maior parte do percurso, mas, durante duas voltas em círculos em volta do estádio, Tsoumeleka assumiu a ponta, que manteve até o fim vencendo com 4s de vantagem. A medalha de bronze ficou com a australiana Jane Saville, que, quatro anos antes em Sydney, foi desclassificada no túnel de entrada do estádio, quando liderava a prova em busca da medalha de ouro em seu próprio país.