In 2008 nam Baldini voor de vierde maal in zijn carrière deel aan de Olympische Spelen. Nadat hij op de marathon in Peking als twaalfde was beëindigd in 2:13.25, deelde de Italiaan mee dat hij zijn atletiekloopbaan als beëindigd beschouwde. Toch besloot hij nadien om op de EK in 2010 zijn in 2006 behaalde Europese marathontitel te verdedigen. Dit mislukte echter; halverwege de race moest hij de strijd staken. Op 6 oktober 2010 kondigde Stefano Baldini vervolgens zijn definitieve afscheid van de wedstrijdsport aan. In de "Giro al Sas" in Trente, een wedstrijd die hij driemaal had gewonnen, nam hij op 9 oktober 2010 definitief afscheid van zijn fans.