Revenue sur le circuit pour le tournoi de Stanford, Serena abandonne lors de son match des demi-finales face à Aleksandra Wozniak à cause d'une blessure au genou. Elle arrive à court de préparation pour disputer les Jeux olympiques, seule épreuve qu'elle n'a jamais remportée en simple. Après deux premiers tours convaincants, elle souffre face à la Française Alizé Cornet (3-6, 6-4, 6-4), puis s'incline en quarts de finale face à la future médaillée d'or olympique, Elena Dementieva (6-3, 4-6, 3-6). En revanche, elle glane une nouvelle médaille d'or en double aux côtés de sa sœur, comme à Sydney en 2000.