באולימפיאדת בייג'ינג (2008) נטלו חלק 467 ספורטאים רוסים. הם צברו 71 מדליות, מהן 22 מדליות זהב, ודורגו במקום השלישי בטבלת המדליות, אחרי סין וארצות הברית.
גם במשחקים אלה הייתה האתלטיקה הענף הפורה ביותר, עם 16 מדליות, מהן 5 מדליות זהב. בדומה לאתונה, גם בבייג'ינג רוב ההישגים בענף היו של נשים. ילנה איסינבייבה שברה שוב את שיא העולם בקפיצה במוט, והעמידה אותו על 5.05 מטר. סבטלנה פאופנובה זכתה במדליית הארד בתחרות זו. גולנרה סמיטובה-גלקינה שברה את שיא העולם בריצת 3000 מטר מכשולים (8:58.81 דקות), וגם בתחרות זו זכתה רוסייה במדליית ארד - יקטרינה וולקובה, מדליה זו נשללה ממנה ב-2016 בשל הרשעה באמרוץ. אולגה קניסקינה קבעה שיא אולימפי חדש בהליכה ל-20 ק"מ (1:26.31 שעות). טטיאנה לבדייבה זכתה בשתי מדליות כסף, בקפיצה לרוחק ובקפיצה משולשת. מריה אבקומובה זכתה במדליית כסף בהטלת כידון, ואנה צ'יצ'רובה זכתה במדליית ארד בקפיצה לגובה, שתי המדליות נשללו ב-2016 בשל הרשעה באמרוץ. טטיאנה צ'רנובה סיימה במקום הרביעי בקרב שבע, אך לאחר שהתברר כי הזוכה במקום השני, האוקראינית ליודמילה בלונסקה, נטלה חומרים אסורים, מדליית הכסף נשללה ממנה, וצ'רנובה התקדמה למקום השלישי וזכתה במדליית ארד. אתלטיות נוספות שבלטו בבייג'ינג כללו את יוליה גולובצ'יקובה (מקום רביעי בקפיצה במוט), יוליה גלושצ'ינה (מקום רביעי בריצת 400 מטר), ילנה סלסרנקו (מקום רביעי בקפיצה לגובה - הורשעה ב-2016 באמרוץ ונפסלה), טטיאנה פטרובה (מקום רביעי בריצת 3000 מטר מכשולים), סווטלנה קליוקה (מקום רביעי בריצת 800 מטר), מריה קונובלובה (מקום חמישי בריצת 10000 מטר), אנסטסיה קפצ'ינסקאיה (מקום חמישי בריצת 400 מטר), אינגה אביטובה (מקום שישי בריצת 10000 מטר), אוקסנה אודמורטובה (מקום שישי בקפיצה לרוחק), אנה אומרובה (מקום שישי בהדיפת כדור ברזל), אנה בוגדנובה (מקום שישי בקרב שבע), יקטרינה ביקרט (מקום שישי בריצת 400 מטר משוכות), טטיאנה פירובה (מקום שישי בריצת 400 מטר), ליליה שובוחובה (מקום שישי בריצת 5000 מטר), ויקטוריה גורובה (מקום שביעי בקפיצה משולשת), אירינה טימופייבה (מקום שביעי במרתון), טטיאנה אנדריאנובה (מקום שמיני בריצת 800 מטר) ואנה פיאטיך (מקום שמיני בקפיצה משולשת). נבחרת השליחות בריצת 100X4 מטר זכתה במדליית זהב, ואולם בשנת 2016 התברר כי אחת הרצות, יוליה צ'רמושנסקאיה, נטלה חומרים אסורים, והמדליה נשללה מהנבחרת. גם מנבחרת השליחות בריצת 400X4 מטר, שזכתה במדליית כסף, נשללה המדליה, לאחר שבבדיקה שנערכה ב-2016 נמצא כי אחת הרצות, אנסטסיה קפצ'ינסקאיה, השתמשה בחומרים אסורים.
בתחרויות האתלטיקה לגברים, זכה ולרי בורצ'ין במדליית הזהב בהליכה ל-20 ק"מ. בקפיצה לגובה זכה אנדריי סילנוב במדליית זהב, וירוסלב ריבקוב זכה במדליית ארד. יבגני לוקיאננקו זכה במדליית כסף בקפיצה במוט, דניס ניז'גורודוב זכה במדליית ארד בהליכה ל-50 ק"מ, ורצי השליחים בריצת 400X4 מטר זכו אף הם במדליית ארד. אתלטים רוסים נוספים שבלטו בבייג'ינג כללו את דמיטרי סטרודובצב (מקום חמישי בקפיצה במוט), בוגדן פישצ'לניקוב (מקום שישי בזריקת דיסקוס), פבל סופין (מקום שביעי בהדיפת כדור ברזל) ואיליה קורוטקוב (מקום שביעי בהטלת כידון).
בהיאבקות זכו הרוסים ב-11 מדליות, מהן 6 מדליות זהב. מאוולט בטירוב ובובאיסר סאיטייב שמרו על תואריהם מאתונה, ולסאיטייב היה זה תואר אולימפי שלישי בארבע אולימפיאדות. שירוואני מורדוב, נזיר מנקייב, אסלאמבק אלבייב ואסלאנבייק חושטוב זכו אף הם במדליות זהב. חסן ברוייב איבד את תוארו וזכה במדליית כסף. גם בחטייאר אחמדוב זכה במדליית כסף, ואילו בסיק קודוחוב וגאורגי קטוייב זכו במדליות ארד. בתחרויות הנשים זכתה אלנה קרטשובה במדליית כסף. באיגרוף, שמר אלכסיי טישצ'נקו על תוארו, וראחים צ'חקייב זכה אף הוא במדליית זהב. גאורגי בלקשין זכה במדליית ארד.
הדומיננטיות הרוסית בהתעמלות האמנותית ובשחייה הצורנית נמשכה גם בבייג'ינג. נבחרת ההתעמלות האמנותית זכתה בתואר השלישי ברציפות שלה, ובתחרויות היחידות זכתה יבגניה קנייבה במדליית הזהב, ואולגה קפרנובה סיימה במקום הרביעי. השחייניות הצורניות אנסטסיה דוידובה ואנסטסיה ירמקובה שמרו על תוארן בדואט, והנבחרת זכתה בתואר האולימפי בפעם השלישית ברציפות.
בשחייה זכו הרוסים ב-4 מדליות. לריסה אילצ'נקו זכתה במדליית זהב בשחייה במים פתוחים ל-10 ק"מ, השליחים במשחה ל-200X4 מטר חופשי זכו במדליית כסף, וארקדי ויאצ'אנין זכה בשתי מדליות ארד, במשחים ל-100 ול-200 מטר גב. שחיינים נוספים שבלטו בבייג'ינג כללו את אנסטסיה זוייבה (מקום רביעי ב-200 מטר גב ומקום חמישי ב-100 מטר גב), יוליה יפימובה (מקום רביעי ב-100 מטר חזה ומקום חמישי ב-200 מטר חזה), יורי פרילוקוב (מקום רביעי ב-1500 מטר חופשי ומקום שביעי ב-400 מטר חופשי), השליחים במשחה ל-100X4 מטר מעורב (מקום רביעי), יבגני דראצב (מקום חמישי בשחייה במים פתוחים ל-10 ק"מ), השליחות במשחה ל-100X4 מטר מעורב (מקום חמישי), רומן סלודנוב (מקום שישי ב-100 מטר חזה), יאנה מרטינובה (מקום שביעי ב-400 מטר מעורב אישי), ילנה סוקולובה (מקום שביעי ב-800 מטר חופשי), ניקיטה לובינצב (מקום שמיני ב-400 מטר חופשי) וניקולאי סקבורצוב (מקום שמיני ב-200 מטר פרפר).
גם בטניס בלטו הנשים במיוחד. בטורניר היחידות עמדו שלוש טניסאיות רוסיות על דוכן המדליות: ילנה דמנטייבה, דינארה סאפינה וורה זבונרבה. לעומתן, ניקולאי דווידנקו, שהגיע כמדורג רביעי הודח בסיבוב השני לאחר הפסד לצרפתי פול-אנרי מתיה ומיכאיל יוז'ני הודח בסיבוב השלישי, לאחר הפסד לסרבי נובאק ג'וקוביץ'.
חותר הקאנו מקסים אופאלב זכה במדליית זהב במקצה ל-500 מטר, שהייתה המדליה האולימפית השלישית שלו. אלכסנדר קוסטוגלוד וסרגיי אולגין זכו במדליית כסף במקצה המקביל לזוגות, וכן סיימו במקום השמיני במקצה ל-1,000 מטר. מיכאיל קוזנצוב ודמיטרי לריונוב זכו במדליית ארד במקצה הזוגות בסלאלום, והקיאקיסט אנטון ריאחוב סיים במקום החמישי במקצה היחידים ל-1,000 מטר. נבחרת סייפות הרומח זכתה במדליית זהב, ובחרב סיימו הגברים במקום הרביעי והנשים במקום החמישי. בטורניר החרב ליחידות סיימה סופיה וליקאיה במקום הרביעי. אנדריי מויסייב שמא על תוארו בקרב חמש מודרני.
שבעה מרימי משקולות רוסים זכו במדליות בבייג'ינג. בתחרויות הגברים זכו דמיטרי קלוקוב ויבגני צ'יגישב במדליות כסף, וחאג'ימוראט אקייב ודמיטרי לפיקוב זכו במדליות ארד. אולג פרפצ'נוב סיים במקום החמישי. אצל הנשים, זכו מרינה שאינובה ואוקסנה סליבנקו במדליות כסף, ונדז'דה יבסטיוחינה זכתה במדליית ארד. בקפיצה למים זכתה יוליה פחלינה בשתי מדליות כסף, בקפיצה מ-3 מטר, ובקפיצה סינכרונית מגובה זה, יחד עם אנסטסיה פוזדניאקובה. גלב גלפרין זכה במדליית ארד בקפיצה מ-10 מטר, ויחד עם דמיטרי דוברוסקוק זכה גם במדליית ארד בקפיצה הסינכרונית. דמיטרי סאוטין ויורי קונקוב זכו במדליית כסף בקפיצה הסינכרונית מ-3 מטר. לסאוטין, שסיים במקום הרביעי בתחרות היחידים, הייתה זו מדליה אולימפית שביעית בארבע אולימפיאדות.
בקליעה זכתה ליובוב גלקינה במדליית כסף בירי ברובה אוויר וסיימה במקום הרביעי בירי בשלושה מצבים. נטליה פדרינה זכתה במדליית כסף בירי באקדח אוויר, אלכסיי אליפוב איבד את תוארו בטראפ וזכה במדליית ארד, וולדימיר איסקוב זכה במדליית ארד שנייה ברציפות בירי באקדח. לאוניד יקימוב סיים במקום הרביעי בירי באקדח אש מהירה ובמקום החמישי באקדח אוויר, וקונסטנטין פריחודצ'נקו סיים במקום החמישי בירי בשלושה מצבים ובירי ברובה אוויר.
במרוצי האופניים זכו הרוסים בשלוש מדליות ארד: אלכסנדר קולובנב במרוץ אופני כביש, אירינה קלנטייבה במרוץ אופני הרים ומיכאיל איגנטייב ואלכסיי מרקוב במרוץ מדיסון. מרקוב גם סיים במקום הרביעי במרוץ המרדף ליחידים. הקשת באיר בדיונוב זכה במדליית ארד, הראשונה בענף זה.
בענף ההתעמלות הגיעה רוסיה להישגים החלשים בתולדותיה. אנטון גולוצוצקוב היה המתעמל היחיד שזכה במדליות - שתי מדליות ארד, בתרגילי הקרקע והקפיצות. בקרב-רב סיים סרגיי חורוחורדין במקום החמישי ומקסים דביאטובסקי במקום השישי, ניקולאי קריוקוב סיים במקום השמיני במקבילים, וארבעתם סיימו במקום השישי עם הנבחרת בתחרות הקבוצתית. נבחרת הנשים סיימה במקום הרביעי, וארבע מתעמלות העפילו לגמרים אישיים, אך לא זכו במדליות: אנה פבלובה סיימה במקום הרביעי בקורה, במקום השביעי בקרב-רב ובמקום השמיני בקפיצות ובקרקע, קסניה סמיונובה סיימה במקום הרביעי בקרב-רב ובמקום השישי במקבילים המדורגים, יקטרינה קרמרנקו סיימה חמישית בקרקע וקסניה אפנסייבה סיימה במקום השביעי בקורה.
נבחרת הנשים בכדוריד זכתה במדליית הכסף לאחר שגברה בחצי הגמר 20–22 על נבחרת הונגריה, והפסידה במשחק הגמר 27–34 לנבחרת נורווגיה. נבחרת הגברים סיימה במקום השישי. נבחרת הגברים בכדורעף זכתה במדליית ארד, לאחר הפסד לארצות הברית וניצחון על איטליה בחצי הגמר ובגמר. נבחרת הנשים הודחה בידי נבחרת סין ברבע הגמר. נבחרת הנשים בכדורסל זכתה במדליית ארד, לאחר שהפסידה בחצי הגמר 52–67 לארצות הברית, וגברה על המארחת, סין, 81-94, במשחק על המקום השלישי. נבחרת הגברים בכדורסל, שהגיעה כאלופת אירופה, ובשורותיה שיחקו כוכבים כאנדריי קירילנקו (שאף נשא את הדגל הרוסי בטקס הפתיחה של המשחקים), ג'ון רוברט הולדן, ויקטור חריאפה ואלכסיי סברסנקו, אכזבה כשהודחה כבר בשלב הבתים, לאחר שצברה ארבעה הפסדים וניצחון בודד, על נבחרת איראן. את הקבוצה אימן דייוויד בלאט. נבחרת הכדורמים סיימה במקום השביעי.