Rok 2008 rozpoczęła od osiągnięcia 1/8 finału Australian Open, gdzie przegrała z Polką Agnieszką Radwańską 6:1, 5:7, 0:6 (mimo prowadzenia 6:1, 3:0). W kolejnych występach – w Paryżu, Doha, Dubaju i Miami – przegrywała pierwsze mecze.
Podczas imprezy w Stambule przełamała złą passę wygrywając ze Amerykanką Lilią Osterloh i Martą Domachowską, lecz w ćwierćfinale została pokonana przez reprezentantkę Uzbekistanu Akgul Amanmuradovą. mały|240x240px|Nadia Petrova W 2012 roku wygrała w grze podwójnej turniej Premier Mandatory w Miami. W parze z Mariją Kirilenko pokonały włoski duet Sara Errani–Roberta Vinci 7:6(0), 4:6, 10-4. W czerwcu zwyciężyła w turnieju International w 's-Hertogenbosch. Razem z Mariją Kirilenko zdobyły brązowy medal igrzysk olimpijskich w konkurencji deblistek. W półfinale przegrały z siostrami Williams 5:7, 4:6, a w meczu o trzecie miejsce pokonały Liezel Huber i Lisę Raymond 4:6, 6:4, 6:1. W sierpniu osiągnęła finał imprezy w Montrealu, w którym uczestniczyła razem z Katariną Srebotnik. We wrześniu zwyciężyła w zawodach singlowych podczas turnieju rangi Premier 5 w Tokio. W finale pokonała Agnieszkę Radwańską 6:0, 1:6, 6:3. Razem z Kirilenko osiągnęła w październiku finał rozgrywek deblowych w Moskwie.