Despois de ser forzado a converterse en cidadán soviético, Keres representou a Unión Soviética en sete olimpiadas consecutivas, gañando sete medallas de ouro consecutivas por equipo, cinco medallas de ouro por taboleiro e unha medalla de bronce por taboleiro. Destacou a súa aparición na URSS en 1952, cando os soviéticos entraron no evento por primeira vez; Keres foi o único membro do equipo soviético con experiencia olímpica (desde as súas aparicións anteriores para Estonia), e o campión do mundo Mikhail Botvinnik non estaba no equipo soviético. As súas catro medallas de ouro consecutivas entre 1954 e 1960 son un récord olímpico. Aínda que non foi seleccionado despois de 1964, Keres serviu con éxito como adestrador de equipos con equipos internacionais soviéticos durante a década seguinte. En total, en 11 olimpiadas, xogando tanto para a URSS como para Estonia (contando o non oficial de Múnic de 1936)
En 161 partidos, Keres acumulou un brillante total de (+97−13=51), para un 76,7%. Os seus resultados detallados nas Olimpíadas Soviéticas son: