2007 gewann Špotáková bei den Weltmeisterschaften in Osaka die Goldmedaille, wobei sie im Finaldurchgang zweimal ihren eigenen tschechischen Landesrekord von 66,21 m auf 67,07 m. Sie war damit zu dieser Zeit erst die siebte Frau, die weiter als 67 m geworfen hat. 2008 qualifizierte sie sich erstmals für die Olympischen Spiele in Peking, bei denen sie mit 71,42 m im Finale einen neuen Europarekord aufstellte und damit die Goldmedaille vor der Deutschen Christina Obergföll und Goldie Sayers aus dem Vereinigten Königreich gewann. Beim 6. IAAF Weltfinale in Stuttgart am 13. September 2008 stellte Špotáková einen neuen Weltrekord auf. Sie warf 72,28 m und überbot damit die alte Bestmarke der kubanischen Speerwerferin Osleidys Menéndez um mehr als einen halben Meter. Im Jahr darauf war sie Topfavoritin für den Sieg bei den Weltmeisterschaften in Berlin, musste sich dort aber mit 66,42 m der Deutschen Nerius geschlagen geben und gewann die Silbermedaille. Auch bei den Europameisterschaften 2010 in Barcelona musste sie sich mit 65,36 m den Deutschen Linda Stahl und Christina Obergföll geschlagen geben und gewann die Bronzemedaille. 2011 gewann Špotáková bei den Weltmeisterschaften in Daegu mit 71,58 m ursprünglich die Silbermedaille hinter der Russin Marija Abakumowa. Dieser wurde 2018 aber die Goldmedaille wegen zahlreicher Dopingvergehen aberkannt und die Goldmedaille somit verspätet der Tschechin zugesprochen. 2012 wiederholte sie bei den Olympischen Spielen in London ihren Olympiaerfolg von Peking und siegte mit 69,55 m im Finale überlegen vor den beiden Deutschen Obergföll und Stahl. Zudem war sie neben der Deutschen Ruth Fuchs erst die zweite Speerwerferin, die ihren Olympiasieg wiederholen konnte. Am 28. Oktober 2012 wurde sie schließlich vom damaligen Präsidenten Václav Klaus mit der Verdienstmedaille ausgezeichnet. Zudem wurde sie bereits zum sechsten Mal als Tschechiens Leichtathletin des Jahres ausgezeichnet.