Die Weltmeisterschaft 2003 in Barcelona brachte für das Duo Leonowa und Schupina erneut Rang sieben im 10-m-Synchronspringen. In Athen bestritt Leonowa im Jahr 2004 schließlich ihre ersten Olympischen Spiele, schied dort jedoch vom Turm auf Rang 23 nach dem Vorkampf aus. Nach den Spielen beendete Leonowa ihre aktive Karriere.