Untuk musim 2008, Wheldon memulai tahun dengan finis ketiga di lomba pembuka musim Gainsco Auto Insurance Indy 300 di Homestead-Miami Speedway setelah sebelumnya ia start dari posisi 22. Wheldon memenangkan lomba RoadRunner Turbo Indy 300 di Kansas Speedway dan menjadi pembalap pertama IndyCar yang meraih kemenangan dalam dua tahun berturut-turut di sirkuit tersebut. Ia mengawali lomba Indianapolis 500 dari posisi 18 dan hanya mampu finis di urutan kedua belas setelah terkendala masalah mobil di sisa 50 lap. Wheldon meraih kemenangan keduanya (dan terakhir) musim tersebut dalam lomba Iowa Corn Indy 250 di Iowa Speedway. Ia menyumbangkan uang hadiah kemenangannya untuk membantu para korban tornado dan banjir yang terjadi di Iowa. Seiring perubahan IndyCar menjadi lebih berorientasi pada sirkuit jalan raya (street circuit) dan jalanan (road course), penampilan Wheldon sedikit berkurang sepanjang sisa musim. Ia hanya mampu meraih satu podium yaitu saat finis kedua di Nashville Speedway disusul raihan lima kali finis di tujuh besar yang membawanya menempati posisi keempat di klasemen pembalap dengan 492 poin.