Khalkia fikk sitt store gjennombrudd under OL 2004 i Athen, der hun vant gull på 400 meter hekk. Hennes beste tid på distansen før 2004 var 56,40. I OL-semifinalen satte hun ny olympisk rekord med tiden 52,77. I finalen gikk det litt langsommere, men 52,82 holdt til en klar seier.