Lors du premier jour des Championnats du monde en petit bassin 2014, Belmonte gagne les titres du 200 mètres papillon et du 400 mètres quatre nages, à chaque fois devant Katinka Hosszú et en battant le record du monde de ces disciplines. Elle remporte également le titre en 800 mètres nage libre puis en 400 mètres nage libre. Une semaine plus tard, Belmonte bat à Sabadell le record du monde du 1500 mètres nage libre en petit bassin lors des Championnats d'Espagne.