Am 16. Februar 2008 konnte Issinbajewa beim Hallenmeeting in Donezk einen erneuten Hallenweltrekord von 4,95 m aufstellen. Am 8. März 2008 wurde sie bei den Hallenweltmeisterschaften 2008 in Valencia – mit der bezwungenen Siegeshöhe von 4,75 m – zum vierten Mal Hallenweltmeisterin. Bei der Golden Gala in Rom gelang ihr nach fast drei Jahren wieder ein Freiluftweltrekord, als sie am 11. Juli 5,03 m übersprang. Am 29. Juli stellte sie beim Meeting in Monaco mit 5,04 m einen weiteren neuen Weltrekord auf. Bei den Olympischen Spielen 2008 in Peking war sie bereits nach zwei geglückten Versuchen über 4,70 m und 4,85 m Olympiasiegerin, danach verbesserte sie zuerst den olympischen Rekord auf 4,95 m und dann den Weltrekord auf 5,05 m, wobei sie die beiden Rekordhöhen erst im jeweils dritten Versuch überquerte. Somit erreichte sie – nach 2004 in Athen – auch bei ihrem zweiten Olympiasieg einen neuen Weltrekord. Am 24. November wurde sie – zusammen mit dem Leichtathleten des Jahres Usain Bolt – zum dritten Mal zur Leichtathletin des Jahres gekürt.