बोल्ट ने घोषणा की कि वह बीजिंग ग्रीष्मकालीन ओलंपिक में 100 मीटर और 200 मीटर दोनों स्पर्धाओं में हिस्सा लेंगे और 100 मीटर में यह नया विश्व रिकॉर्ड धारक दोनों में जीत का पसंदीदा था। 200 मीटर और 400 मीटर रिकार्ड धारक माइकल जॉनसन ने व्यक्तिगत रूप से इस धावक का समर्थन करते हुए कहा कि उन्हें विश्वास नहीं है कि अनुभव की कमी उनके खिलाफ काम करेगा। बोल्ट ने क्वार्टर-सेमीफाइनल और सेमी-फाइनल में क्रमशः 9.92 सेकेंड व 9.85 सेकेंड से दूरी तय कर फाइनल के लिए अर्हता प्राप्त की। 

100 मीटर ओलंपिक फाइनल में, बोल्ट ने प्रतिक्रिया समय 0.165 सेकेंड के साथ 9.69 सेकेंड (अधिकारिक 9.683) में दौड़ जीतकर नई जमीन तैयार की। यह उनके अपने ही विश्व रिकार्ड में सुधार था और वे दूसरे स्थान पर आये रिचर्ड थाम्पसन से काफी आगे थे, जिन्होंने 9.89 सेकेंड में दौड़ पूरी की। यह रिकार्ड अनुकूल हवा के बिना (+0.0 मी/से) तो बना ही, जीत हासिल करने से पहले ही जश्न मनाने की मानसिकता की वजह से वे थोड़े धीमे भी दिखे और उनके जूते का फीता भी खुल गया था। बोल्ट के कोच ने बताया कि बोल्ट के शुरुआती 60 मीटर की गति के आधार पर उन्होंने 9.52 सेकेंड में ही दौड़ पूरी कर ली होती. ओस्लो विश्वविद्यालय के सैद्धांतिक खगोल भौतिकी संस्थान की ओर से बोल्ट की दौड़ के वैज्ञानिक विश्लेषण के बाद हैंस एरिक्सन और उनके साथियों ने 9,60 सेकेंड उप समय की भविष्यवाणी की थी। दूसरे स्थान पर रहे थाम्पसन की तुलना में बोल्ट की स्थिति, गति में तेजी लाने व वेग को देखकर टीम ने अनुमान किया कि अंतिम रेखा पर पहुंचने से पहले जश्न मनाने के लिए वे अगर धीमा नहीं हुए होते तो समय 9.55 सेकेंड ही समय लगता.

बोल्ट ने कहा कि उनकी प्राथमिकता सिर्फ एक रिकार्ड स्थापित करना नहीं थी, उनका लक्ष्य था सिर्फ स्वर्ण पदक जीतना, जो जमैका को 2008 में पहली बार मिला। ओलंपिक पदक विजेता क्रिस अकाबुसी ने आखिरी लाइन पर बोल्ट के छाती पर थप्पड़ मारने को उनके अहंकार का हिस्सा बताया और टिप्पणी की कि इन कार्रवाइयों से बोल्ट और तेज रिकार्ड समय हासिल कर सकते हैं। IOC के अध्यक्ष जैक्स रोग ने भी जमैकन की इस कार्रवाई को अपमानजनक कहकर निंदा की। बोल्ट ने इस बात का खंडन किया कि इसका मकसद जश्न मनाना था और कहा कि" मैं अहंकारग्रस्त नहीं था। जब मैंने देखा मुझे कवर नहीं किया गया तो मैं खुश था बस". आइएएएफ के अध्यक्ष, लेमाइन डिक ने बोल्ट का समर्थन किया और कहा कि उनका जश्न मनाना उनकी जीत के अवसरों को देखते हुए यह उपयुक्त था। जमैका सरकार के मंत्री एडमंड बार्टलेट ने भी बोल्ट की कार्रवाई का यह कहकर बचाव किया कि" हमें इसे उस पल की महिमा के रूप में देखना चाहिए और इसका श्रेय देना चाहिए. हमें युवक के व्यक्तित्व को खुद को अभिव्यक्त करने की अनुमति देनी चाहिए".
उसके बाद बोल्ट ने 200 मीटर स्पर्धा में स्वर्ण पदक जीतने पर ध्यान केंद्रित किया और 1984 के लॉस एंजिल्स ओलंपिक्स में कार्ल लुईस के डबल जीत की बराबरी करने या उनसे आगे निकलने का लक्ष्य रखा। माइकल जॉनसन का मानना था कि बोल्ट आसानी से स्वर्ण पदक जीत जायेंगे, पर विश्वास किया कि ओलंपिक में 1996 के [[अटलांटा]] ग्रीष्मकालीन ओलंपिक में बना उनका अपना 19.32 सेकेंड का विश्व रिकार्ड बरकरार रहेगा. बोल्ट 200 मीटर में पहले और दूसरे दोनों राउंड को आसानी से पार कर लिया और दोनों समय दौड़ के अंत में जॉगिंग की। वे सेमीफाइनल जीत गये और फाइनल में जीत के लिए पसंदीदा खिलाड़ी बन गये। सेवानिवृत्त जमैकन धावक डॉन क्वैरी ने बोल्ट की प्रशंसा करते हुए कहा कि उन्हें विश्वास है कि जॉनसन का रिकॉर्ड टूट सकता है। अगले दिन, फाइनल में उन्होंने खेलों में जमैका के लिए चौथा सोना जीता और 19.30 सेकेंड समय लेकर नया विश्व व ओलंपिक रिकॉर्ड बनाया। जॉनसन के रिकॉर्ड इस तथ्य के बावजूद टूटा कि बोल्ट को 0.9 मी/से की गति से सामने से आ रही हवा से जूझना पड़ा. इस अवसर ने उन्हें क्वैरी के बाद दुनिया का पहला धावक बना दिया, जिसने 100 मीटर और 200 मीटर दोनों विश्व रिकार्ड बनाया। यह इलेक्ट्रॉनिक समय शुरू किये जाने के बाद पहला रिकार्ड था। इसके अलावा, बोल्ट उसी ओलंपिक में दोनों रिकॉर्ड तोड़ने वाले पहले धावक बन गये। 100 मीटर फाइलन के विपरीत, बोल्ट ने 200 मीटर दौड़ में अंतिम लाइन पर काफी जोर लगाया, यहां तक कि छाती को झुका लिया। दौड़ के बाद, स्टेडियम की ध्वनि प्रणाली पर "हैप्पी बर्थ डे" का संगीत गूंजा, क्योंकि आधी रात के बाद उनका 22 वां जन्मदिन शुरू होने वाला था।

दो दिन बाद बोल्ट ने जमैका की 4x100 रिले टीम में तीसरी बार दौड़े और उनके स्वर्ण पदकों की संख्या तीन हो गई। अपने साथियों, नेस्टा कार्टर, माइकल फ्रेटर और असफा पावेल के साथ असफा बोल्ट ने 37.10 सेकेंड समय में पिछले रिकार्ड को सेकेंड के तीन दहाई के अंतर से एक अन्य विश्व और ओलंपिक रिकॉर्ड तोड़ा. पावेल, जिन्होंने टीम को अंतिम रेखा पर पहुंचाने में अहम भुमिका निभाई, को बोल्ट के हाथों अपने 100 मीटर रिकॉर्ड के टूटने से पछतावा हुआ, पर उन्होंने अपने जमैकन प्रतिद्वंद्वी के प्रति को शत्रुतापूर्ण व्यवहार नहीं दिखाते हुए कहा कि उनके तीसरे विश्व रिकार्ड में मदद कर उन्हें खुशी महसूस हो रही है। जीत के बाद बोल्ट ने चीन के सिचुआन प्रांत के बच्चों के लिए 50,000 डॉलर का दान दिया, जिससे कि2008 के सिचुआन भूकंप के पीड़ितों की मदद की जा सके। 
बोल्ट के रिकार्ड बनाने वाली दौड़ों की वजह से टिप्पणीकारों न केवल उसकी उपलब्धियों प्रशंसा की, बल्कि अब तक के सर्वाधिक सफल धावक बनने की संभावना का भी अनुमान किया। टिप्पणकारों ने उनकी ओलंपिक कामयाबी की प्रशंसा की, क्योंकि उस खेल की एक नई शुरुआत थी, जिसे कुख्यात नशीली दवा घोटालों से लंबे समय से सामना करना पड़ा था। पिछले छह सालों में BALCO घोटाला गूंजता रहा और टिम मोंटगोमरी और गैटलिन जस्टिन से उनके 100 मीटर विश्व रिकार्ड छीन लिये गये व मैरियन जोन्स ने तीन ओलंपिक स्वर्ण पदक लौटा दिये। दवाओं के परीक्षण में दोषी पाये जाने के बाद सभी तीन धावकों को एथलेटिक्स के लिए अयोग्य ठहराया गया, क्योंकि उनकी प्रणालियों में प्रतिबंधित पदार्थ पाये गये थे। बोल्ट के रिकार्डतोड़ प्रदर्शन से विक्टर कोंट सहित कुछ टिप्पणीकारों को संदेह हुआ और एक स्वतंत्र कैरेबियन एंटी-डोपिंग फेडरेशन के अभाव से चिंता और बढ़ गई। बोल्ट के कोच ग्लेन मिल्स और हर्ब इलियट (जमैकन एथलेटिक्स टीम डॉक्टर) ने नशीली दवाओं के प्रयोग के आरोप को एक सिरे से अस्वीकार कर दिया। आइएएएफ के डोपिंग-निरोधक आयोग के एक सदस्य इलियट ने इस संबंध में चिंतित लोगों से आग्रह किया कि "वे आयें और हमारे कार्यक्रम देखें, वे आये और हमारा परीक्षण देखें, हमारे पास छिपाने के लिए कुछ नहीं है। मिल्स भी समान रूप से इस बात पर अड़े रहे कि बोल्ट एक साफ-सुथरे एथलीट हैं और उन्होंने "जमैका के ग्लैनर" के समक्ष घोषणा की कि:"हम किसी दिन, किसी समय और शरीर के किसी भाग के परीक्षण के लिए तैयार हैं.."[वह]विटामिन भी लेना पसंद नहीं करते. बोल्ट ने कहा कि ओलंपिक से पहले वे जांच के लिए वह चार बार गये थे और सभी में प्रतिबंधित पदार्थो के लिए नकारात्मक रिपोर्ट आई. उन्होंने डोपिंग निरोधी परीक्षण करने वाले अधिकारियों का भी स्वागत किया वे जांच करें और साबित करें कि वे पाक-साफ हैं। उन्होंने कहा कि,"हम कड़ी मेहनत करते हैं,
अच्छा प्रदर्शन करते हैं और हम जानते हैं कि पाक- साफ हैं।

2008 ग्रीष्मकालीन ओलंपिक
2009 बर्लिन विश्व चैंपियनशिप
पेशेवर एथलेटिक्स करियर
शुरुआती प्रतियोगिताएं