Lorsqu'elle atteint le la finale du lancer du javelot des jeux de Tokyo, elle a 17 ans. Le matin en qualifications, la SoviétiqueElena Gorchakova bat le record du monde avec un jet à 62.40 m. Peneș lança à 60.54 m à son premier essai. C'était suffisant pour devenir championne olympique devant la HongroiseMárta Rudas et Elena Gorchakova.
À 21 ans, elle se présente aux jeux de 1968 à Mexico pour y défendre son titre. Comme quatre ans plus tôt, elle réussissait son meilleur jet (59.92 m) à son premier essai. Mais la Hongroise Angéla Németh à son deuxième essai réussissait 60.36 et remportait le titre devant Peneș et l'AutrichienneEva Janko.
