Peirsol gañou o ouro nos Xogos Olímpicos de 2008 en Pequín, China, nos 100 metros de costas e no relevo de 4×100 metros
- Non. Tamén gañou a prata nos 200 metros de costas. No seu primeiro evento, os 100 metros de costas, Peirsol foi o favorito para o ouro, sendo o detentor do récord mundial e o campión olímpico defensor. Para a final dos 100 metros de espalda, Peirsol nadou no carril dous, clasificándose quinto nas semifinais. Nos primeiros 50 metros na final dos 100 metros de costas, Peirsol estaba en segundo lugar por detrás de Liam Tancock, que o eliminou en 25.11. Peirsol estaba a 0,54 segundos de Tancock na curva. Con todo, despois da curva, Peirsol superou a Tancock, que finalmente quedou sexto, e gañou o ouro. O tempo final de Peirsol de 52.54 foi un novo récord mundial, mellorando a súa marca anterior de 52.89 fixada o mes pasado. Despois da carreira, Peirsol dixo: "Estou un pouco emocionado, un pouco aliviado, absolutamente eufórico". Na súa segunda proba, os 200 metros de espalda, Peirsol quedou segundo detrás de Ryan Lochte 1:54.33 a 1:53.94. Ao gañar o ouro, Lochte rompeu o récord mundial que el e Peirsol compartían nos 200 metros de costas. No seu último evento, o relevo de 4×100 metros, Peirsol combinou con Brendan Hansen, Michael Phelps e Jason Lezak para gañar o ouro nun tempo récord mundial de 3:29.34, baixando a marca antiga de 3:30.68 establecida hai catro anos en Atenas.