Die Saison 2008 begann mit einem zweiten Platz beim Großen Preis von Australien für ihn erfolgreich. Im weiteren Verlauf war er seinem Teamkollegen Kubica jedoch mehrfach, vor allem im Qualifying, unterlegen. Beim Großen Preis von Kanada erzielte Kubica gar den ersten Sieg für BMW Sauber, nachdem Heidfeld für mehrere Runden in Führung lag. Das Rennen beendete er auf Platz zwei. Heidfeld, der auch in Großbritannien und Belgien Zweiter geworden war, gelang es auch in der weiteren Saison nicht, ein Rennen zu gewinnen. Am Saisonende belegte er den sechsten Platz in der Fahrerweltmeisterschaft. Teamintern unterlag er Kubica mit 60 zu 75 Punkten.