La même année, avec l’équipe chinoise, il est à nouveau sacré aux Championnats du monde de Stuttgart.
Le natif de Luzhou est un spécialiste des épreuves de barre fixe et des exercices au sol. Ses qualités techniques lui permettent d’être sélectionné dans l’équipe de Chine pour les Jeux à Beijing. Il remporte son premier titre olympique avec ses coéquipiers, Yibing Chen, Xu Huang, Xiaopeng Li, Qin Xiao, et Wei Yang. Dans cette épreuve par équipes, les gymnastes chinois devancent Japonais et Américains. Dans les épreuves individuelles, Kai Zou se qualifie pour les finales à la barre fixe et au sol.
Le 17 août est le jour des exercices au sol et Kai Zou n’est pas donné favori. Il a terminé sixième des éliminatoires, mais devant son public, il réalise un programme très soigné, sans la moindre faute. Les juges lui attribuent la note de 16,050. Après le passage de tous les concurrents, il devance au tableau d’affichage l’Espagnol Gervasio Deferr et le Russe Anton Golotsutskov, crédités respectivement de 15,775 et 15,725 points. Il obtient ainsi à Beijing sa deuxième médaille d’or.
Deux jours plus tard se déroule la finale à la barre fixe. Il se présente devant l'agrès en toute confiance. La même année, il a en effet gagné les deux épreuves de Coupe du monde à Cottbus en Allemagne et à Tianjin en Chine. À l’issue de son programme, il obtient la note de 16,200, note suffisante pour devancer de 25 centièmes l’Américain Jonathan Horton et de 0,325 points l’Allemand Fabian Hambuechen. Dans sa discipline de prédilection, Kai Zou s’adjuge une troisième médaille d’or.
Depuis Ning Li en 1984, celui-là même qui avait allumé la vasque olympique à la cérémonie d’ouverture des Jeux à Beijing, Kai Zou est le premier Chinois à réaliser l’exploit de remporter trois médailles d’or en gymnastique. Pour ses premiers Jeux Olympiques, Kai Zou peut être fier des performances qu’il a accomplies.