Under det nasjonale franske svømmemesterskapet klarte Leveaux å kvalifisere seg til Sommer-OL 2008 på 50 m og 200 m fri. Leveaux kom på femteplass på 100 m, og kvalifiserte seg derfor også for stafettlaget på 4x100 m fri. Han satte olympisk rekord på 100 m fri i heatene for stafetten. Det franske laget endte på andreplass i finalen og Leveaux tok dermed sølv. Senere samme uke satte Leveux olympisk rekord i de innledende rundene på 50 m fri med en tid på 21,46 sekunder. I finalen svømte han enda raskere (21,45 sekunder), men ble slått av brasilianske César Cielo Filho.