Dibaba wygrała dwa biegi podczas igrzysk olimpijskich w Pekinie. W rywalizacji na 10 000 metrów ustanowiła – 15 sierpnia – nowy rekord olimpijski czasem 29:54,66. Etiopka poprawiła tym samym dotychczasowy rekord należący od 2000 roku do jej kuzynki Derartu Tulu. Rezultat Dibaby to także nowy rekord Afryki. Tydzień później – 22 sierpnia – zdobyła złoty medal w biegu na 5000 metrów z czasem 15:41,40. Dwa złota zdobyte w Pekinie oznaczały, że Etiopka została pierwszą kobietą, która podczas jednych igrzysk wygrała biegu na 5000 i 10 000 metrów.
Na koniec sezonu 2008 wygrała prestiżowy plebiscyt Track & Field Athlete of the Year.
W związku z kontuzją, w sezonie 2009, nie mogła wystartować w przełajowych mistrzostwach świata w Ammanie oraz mistrzostwach świata na stadionie w Berlinie. 15 listopada 2009 w Nijmegen wynikiem 46:28 ustanowiła rekord świata w biegu na 15 kilometrów.
Sezon 2011 straciła z powodu kontuzji.
Podczas igrzysk w Londynie zdobyła złoty medal w biegu na 10 000 metrów oraz brązowy na dystansie 5000 metrów. W 2013 została mistrzynią świata na dystansie 10 000 metrów.