Pour sa première participation aux Jeux, en 2012 à Londres, elle remporte deux médailles d'or : en double dames associée à Tian Qing et en mixte avec Zhang Nan.
D'autres joueurs (Ge Fei, Gu Jun, Lin Dan, etc.) ont déjà remporté plusieurs titres olympiques mais Zhao Yunlei est la première joueuse de badminton à remporter deux titres lors d'une même olympiade.
En 2011, elle remporte le titre en double mixte associée à Zhang Nan. L'année suivante, ils conservent leur titre et Zhao Yunlei remporte également le double dames avec Tian Qing.
Par équipes
Zhao Yunlei a fait partie de l'équipe chinoise victorieuse de l'Uber Cup en 2012 et en 2014.
Concernant la Sudirman Cup, le championnat du monde par équipes mixtes de badminton, elle a remporté avec son équipe les éditions 2011, 2013 et 2015.
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