Cuatro años más tarde participó en los Juegos Olímpicos de Roma 1960, donde intentó revalidar sus títulos, pero una inoportuna lesión durante una eliminatoria de los 100 metros le obligó a retirarse no pudiendo continuar la competición.

Sin embargo cuatro años más tarde llegaría en plena forma a los siguientes Juegos, los de Tokio 1964, donde consiguió ganar la medalla de oro en los 400 metros lisos con un tiempo de 52,0 segundos, en la primera vez que se disputaba esta prueba en unos Juegos Olímpicos por lo que estableció el récord olímpico.

Hasta hoy Betty Cuthbert es la única persona (hombre o mujer) que ha ganado el oro olímpico en las tres pruebas de velocidad: 100, 200 y 400 metros.

[2]​[3]​ Curiosamente, nunca llegó a tener el récord mundial de los 100 metros.

Sin embargo eso no le ha impedido seguir colaborando en numerosas actividades, principalmente en causas humanitarias y también está vinculada a movimientos cristianos progresistas.