Castroneves comezou a tempada de 2008 terminando non inferior ao cuarto nas catro primeiras rondas con segundos lugares consecutivos en San Petersburgo e Motegi para tomar a vantaxe inicial de puntos. Calificou cuarto para as 500 Millas de Indianápolis.
Castroneves perdeu os puntos de liderado a Dixon cando o dano da á dianteira relegou ao cuarto. Terminou segundo tanto en Texas como en Richmond con pole positions consecutivas en Nashville e Mid-Ohio, ambas non resultaron nunha vitoria na carreira. Castroneves gañou o Peak Antifreeze Indy Grand Prix en Infineon Raceway liderando unha carreira de 51 voltas desde a pole position para rematar unha racha sen vitorias de 29 carreiras. Despois de terminar segundo en Detroit por bloquear ilegalmente a Justin Wilson, entrou na Peak Antifreeze Indy 300 de final de tempada 30 puntos por detrás do líder do campionato Dixon. Castroneves necesitaba gañar a carreira e que Dixon rematara en 11o ou inferior para converterse no campión. Comezou no 28 debido a unha penalización de límite de pista, superando a Dixon por 0,0033 segundos no segundo final máis próximo na historia da serie, terminando a tempada segundo en puntos con 629.