Olimpiada din 1968 avea să fie prima din cele patru apariţii ale Ileanei la Jocuri, precum şi cea mai de succes. A participat în proba de 800 de metri şi s-a clasat pe locul doi în calificări, cu timpul de 2 minute şi 4,11 secunde. În semifinale a alergat un pic mai slab, în 2 minute şi 5,94 secunde, însă s-a clasat tot a doua. Acelaşi loc avea să îl păstreze şi în finală, când şi-a îmbunătăţit considerabil timpul, 2 minute şi 2,58 secunde. Prima poziţie i-a revenit americancei Madeline Manning-Jackson, care a stabilit recordul olimpic în 2 minute şi 92 de sutimi, în timp ce pe locul trei a venit Mia Gommers din Olanda, la doar 5 sutimi în spatele sportivei noastre.
A mers apoi la Campionatele Europene în sală, unde a câştigat medaliile de argint în 1971 şi 1972.
La Munchen n-a mai putut însă să repete performanţa din urmă cu patru ani, clasându-se a şasea în finală, chiar dacă îşi îmbunătăţise timpul la 2 minute şi 4 sutimi şi câştigase prima rundă preliminară. În 1976, la Montreal, a alergat prost şi n-a mai trecut de semifinale, clasându-se pe locul şase. Nu a avut mai mult noroc nici la 1.500 de metri, probă la care îşi făcea debutul olimpic, fiind eliminată încă din prima rundă de calificări.
La Campionatele Europene de sală de la Milano, din 1978, a câştigat medalia de aur la 1.500 de metri, iar acest lucru a încurajat-o ca la Jocurile Olimpice de la Moscova să participe doar la această probă. A renunţat la 800 de metri, iar la 1.500 de metri a fost a doua în calificări. Finala a terminat-o însă pe locul 8, reuşind să o devanseze doar pe compatrioata Natalia Mărăşescu, în timp ce o altă sportivă din România, Maricica Puică, s-a clasat a şaptea. Recordul personal de 3 minute şi 58,5 secunde i-ar fi asigurat o medalie de bronz Ileanei Silai la această ultimă participare olimpică, însă sportiva a rămas în palmares doar cu argintul
