Ngày 20 tháng 6 năm 2010 Microsoft công bố Windows Phone 8 (tên mã là Apollo), thế hệ thứ hai của hệ điều hành Windows Phone và được ra mất vào cuối năm 2012. Windows Phone 8 thay thế từ nhân Windows CE sang nhân Windows NT (được sử dụng trên Windows 8), cho phép các lập trình viên dễ dàng port các ứng dụng lên hai nền tảng.

Windows Phone 8 cho phép các thiết bị có độ phân giải lớn hơn ("WVGA 800×480 15:9","WXGA 1280×768 15:9","720p 1280×720 16:9", "1080p 1920×1080 16:9") và hỗ trợ vi xử lý đa nhân, NFC (chủ yếu dùng để chia sẻ nội dung và thực hiện thanh toán), tính tương thích ngược với các ứng dụng Windows Phone 7, cải thiện hỗ trợ cho các thiết bị di động, màn hình chính được thiết kế lại kết hợp với các live tiles có thể điều chỉnh được nhiều kích thước của nó, WIndows Phone 8 hỗ trợ cập nhật OTA, và tất cả thiết bị Windows Phone 8 đều nhận được hỗ trợ phần mềm ít nhất là sau 36 tháng sau khi ra mắt.[5]

Để đảm bảo các thiết bị nâng cấp lên Windows Phone 8 tận dụng được lợi thế của các tính năng mới của nó[6], tất cả thiết bị WIndows Phone 7 sẽ không thể cập nhật được WIndows Phone 8. Thay vào đó, Microsoft ra mắt Windows Phone 7.8 cho các thiết bị trên với một số tính năng của Windows Phone 8, như là tuỳ chỉnh màn hình chính.

Việc giải quyết một số lỗi phần mềm làm Microsoft trì hoãn ra mắt một số cải tiến cho doanh nghiệp đến khi ra mắt WIndows Phone 8.1 vào năm 2014, ví dụ như hỗ trợ VPN.[7]

Bản cập nhật 1 (GDR1, Portico)

Bản cập nhật GDR1 (hay còn gọi là Portico) là một bản cập nhật nhỏ ra mắt vào tháng 12 năm 2012 mang nhiều cải tiến và sửa lỗi, như cải tiến ứng dụng Tin nhắn, kết nối Bluetooth hiệu quả hơn, và tuỳ chọn "luôn bật" trong Wi-Fi, cùng với một vài cập nhật nền tảng.

"Portico" còn sửa lỗi khiến điện thoại bất ngờ khởi động lại khi đang sử dụng, nhưng nhiều người dùng vẫn phát hiện lỗi này sau khi cập nhật.

Bản cập nhật 2 (GDR2)

Microsoft đã triển khai bản cập nhật nhỏ "GDR2", bắt đầu từ tháng 7 năm 2013 và kéo dài sang những tháng tiếp theo, tuỳ vào nhà sản xuất và nhà cung cấp dịch vụ. Bản cập nhật bao gồm tính năng hỗ trợ đài FM trên một số thiết bị, dùng một ứng dụng trong Ống kính làm ứng dụng chụp ảnh mặc định, Data Sense giúp quản lý lượng dữ liệu sử dụng chỉ trên một số thiết bị (trước đó những người sử dụng dịch vụ của Verizon đã có tính năng này), và cập nhật HTML5 cho Internet Explorer. Hỗ trợ CalDAV/CardDAV cũng được thêm vào giúp người dùng Windows Phone kết nối với các máy chủ như Google Lịch sau khi Google bỏ hỗ trợ Microsoft Exchange vào năm 2012.[8]

Bản cập nhật cũng giải quyết lỗi trong phần "Bộ nhớ khác" khiến cho người dùng không thể xoá các tập tin tạm thời chiếm tới 10 GB trên một số điện thoại. WIndows Phone sẽ tự động xoá các tệp trong phần này.

GDR2 còn sửa lỗi về Bluetooth khiến các thiết bị không thể kết nối với một số mẫu xe hơi[9]. Những sửa đổi bổ sung được thêm vào trong bản cập nhật 3, kèm theo lựa chọn "Chế độ lái xe" riêng.[10]

Bản cập nhật 3 (GDR3)

Ngày 14/10/2013, Microsoft ra mắt bản cập nhật GDR thứ 3 cho WIndows Phone 8, sẽ được phát hành cho các thiết bị trong vài tháng sau. Các nhà phát triển được nhận bản cập nhật đầu tiên. Bản cập nhật 3 thêm vào một vài tính năng mới như khoá xoay màn hình, hỗ trợ màn hình lớn hơn (lên tới 6 inch và độ phân giải 1080p) và hỗ trợ vi xử lý bốn nhân Qualcomm Snapdragon 800. Những thiết bị có màn hình lớn hơn và có độ phân giải 1080p có thể hiển thị thêm một hàng ứng dụng nữa trong màn hình chính. Một vài tính năng mới khác là có thể thoát các ứng dụng trong màn hình đa nhiệm và Chế độ lái xe.[11]

Hỗ trợ

Tháng Ba 2013, Microsoft thông báo rằng bản cập nhật cho hệ điều hành Windows Phone 8 sẽ được thực hiện đến ngày 08 tháng 7 năm 2014. Microsoft nâng thời gian hỗ trợ lên 36 tháng, thông báo các bản cập nhật cho Windows Phone 8 sẽ được thực hiện đến ngày 12 tháng Giêng 2016.[12] Tất cả các thiết bị Windows Phone 8 đều có thể nâng cấp lên phiên bản kế tiếp là Windows Phone 8.1.[13]