Khorkina deltok under sommer-OL 2000 i Sydney, og var igjen regnet som en av favorittene i mangekampen. Selv om hun ikke lyktes i Tianjin vant hun EM-gull, og hun gjorde det godt i de innledende rundene under OL. I hopp gjorde hun et nytt sprang som ingen hadde sett før; araber, halv vending inn på hesten og halvannen salto med halvannen skru ut. Dette ga 9,762 poeng, og bidro til sølvet deres i lagkonkurransen. Hun kvalifiserte seg også til finalen i frittstående og skranke. Også i bom var karakteren hennes høy nok til å kvalifiseres til apparatfinalen, men siden hvert land kun kan stille med to utøver i hvert apparat i apparatfinalen måtte hun la Lobaznjuk og Produnova delta, siden begge disse hadde høyere poengsum enn Khorkina. Resten av laget gjorde det også godt i kvalifiseringen, og slo verdensmesterne fra Romania, så alt lå til rette for russisk seier i lagkonkurransefinalen.