Il 29 luglio esordì all'Aquatics Centre proprio nei 400 m, conquistando la finale con il 7º tempo, ma non facendo presagire buone sensazioni in vista della gara serale. Tali impressioni si confermarono in finale quando non andò oltre il 5º posto in 4'04"50 evidenziando uno stato di forma imperfetto. Il tempo registrato fu pressoché identico a quello di Pechino, in una gara in cui le avversarie non andarono poi così veloce (oro Muffat in 4'01"45; argento Allison Schmitt in 4'01"77 e bronzo Adlington in 4'03"01). A Federica sarebbe quindi bastato ripetere una prestazione vicina al 4'01"97 di Shanghai per salire sul podio. Archiviati i 400 m si presentò ai blocchi per difendere l'oro nei 200 m stile libero, ma ancora una volta fu protagonista in negativo: 5º posto in 1'56"67. Anche in questa occasione sarebbe bastato ripetere l'1'55"58 di Shanghai per arrivare seconda (oro Schmitt in 1'53"61; argento Muffat in 1'55"58 e bronzo Barratt in 1'55"81).