Erste internationale Erfahrungen sammelte Xue Fei im Jahr 2006, als sie bei den Juniorenweltmeisterschaften im heimischen Peking in 15:31,61 min die Goldmedaille im 5000-Meter-Lauf gewann. Anschließend nahm sie erstmals an den Asienspielen in Doha teil und siegte auch dort in 15:40,12 min. Bei den Hallenweltmeisterschaften 2008 in Valencia schied sie mit 9:03,67 min in der Vorrunde im 3000-Meter-Lauf aus. Über 5000 m nahm sie im Sommer an den Olympischen Spielen in Peking teil und erreichte dort das Finale, in dem sie sich mit 16:09,84 min den zwölften Platz klassierte. Im Jahr darauf siegte sie in 16:05,19 min bei den Asienmeisterschaften in Guangzhou und 2010 belegte sie bei den Asienspielen ebendort in 15:44,09 min den siebten Platz. 2013 bestritt sie bei den Nationalen Spielen in Shenyang ihren letzten offiziellen Wettkampf und beendete daraufhin ihre Karriere im Alter von 24 Jahren.
In den Jahren 2008 und 2009 wurde Xue chinesische Meisterin im 1500-Meter-Lauf und 2006, 2008 und 2010 siegte sie über 5000 m.
Anmerkung: Bei diesem Artikel wird der Familienname vor den Vornamen der Person gesetzt. Das ist die übliche Reihenfolge im Chinesischen. Xue ist hier somit der Familienname, Fei ist der Vorname.