На летних Олимпийских играх 2008 года Валеева неудачно выступила в квалификации, заняв лишь 30-е место. Из-за этого ужа во втором раунде ей предстояло встретиться с кореянкой Чу Хён Чжон. Валеева не смогла сотворить сенсацию и уступила 108—110. В командном турнире итальянки вновь дошли до четвертьфинала, где уступили сборной Южной Кореи 217—231. На чемпионате мира 2009 года Валеева вновь остановилась вблизи пьедестала. В личном первенстве она стала 9-й, а в командном заняла 5-е место. На домашнем чемпионате мира 2011 года в Турине Валеева добавила себе в копилку ещё одну золотую медаль. Сборная Италии с Натальей в составе выиграла командное первенство. В личном турнире Валеева осталась лишь 17-й.