Im Januar 2008 stürzte Meares beim Bahn-Weltcup in Los Angeles schwer und brach sich einen Nackenwirbel, so dass das Ende ihrer Karriere befürchtet wurde. Doch nur wenige Monate später errang sie bei den Olympischen Spielen 2008 in Peking die Silbermedaille im Sprint. 2009 belegte sie im Teamsprint den ersten Platz bei den UCI-Bahn-Weltmeisterschaften 2009 in Pruszków. 2010 wurde Anna Meares zum dritten Mal Weltmeisterin im 500-m-Zeitfahren sowie zum zweiten Mal im Teamsprint gemeinsam mit Kaarle McCulloch, wobei die beiden Fahrerinnen einen neuen Weltrekord über 32,923s aufstellten. Im selben Jahr gewann sie in bei den Commonwealth Games drei Goldmedaillen: im Sprint, im Teamsprint und im Zeitfahren.