Quella del 2008 è stata una stagione di grande successo per Dixon che ha vinto il campionato per la seconda volta e ha vinto la sua prima (e fin qui unica) 500 Miglia di Indianapolis, partendo dalla pole. Ha anche vinto a Homestead, Texas, Nashville, Edmonton e Kentucky, sei vittorie stagionali, un record per la serie. Nell'ultima gara, al Chicagoland Speedway, Dixon doveva finire non peggio di ottavo, se Hélio Castroneves avesse vinto la gara, per aggiudicarsi il titolo. Si piazza secondo, dietro a Castroneves, in un fotofinish serrato. In Kentucky porta i suoi giri condotti in carriera a 2.149, diventando il quinto pilota della serie a condurre per oltre 2.000 giri. Sempre in Kentucky, Dixon ha rimpiazzato Alex Zanardi come pilota IndyCar più vincente per Chip Ganassi (16ª vittoria). Inoltre, ha condotto 869 giri durante l'anno, un record assoluto per una sola stagione. Appena prima dell'evento di Chicagoland, viene annunciato che il compagno di squadra Wheldon si sarebbe trasferito al team Panther Racing nel 2009 e che il nuovo partner di Dixon sarebbe stato lo scozzese Franchitti, di ritorno dalla NASCAR. Per aver ottenuto il "double", 500 Miglia di Indianapolis e vittoria del campionato, Dixon è stato scelto come Sportivo dell'anno (2008) in Nuova Zelanda agli Halberg Awards tenutisi nel febbraio 2009.