Completa la següent frase: Pettersen va ser seleccionat per unir-se a l'equip noruec als Jocs Olímpics d'hivern de 2010 a Vancouver, Canadà. En la seva primera prova olímpica, el
Esprint individual, va quedar sisè, un dels tres noruecs que van arribar a la ronda final de la competició. Més tard va guanyar una medalla d'or amb el seu company d'equip Petter Northug en l'esdeveniment de sprint per equip en un final estret amb equips d'Alemanya i Rússia. Originalment, Pettersen no competiria en l'esdeveniment, però una retirada de l'últim minut del campió del món Ola Vigen Hattestad a causa d'una malaltia va deixar un lloc obert, i Pettersen va ser escollit per omplir-lo. Un nombre d'equips estaven en contenció després de la actuació de Pettersen durant la primera etapa de la cursa, i no va ser fins a l'últim turó que Northug va passar els seus oponents i va prendre la direcció d'entrar a l'estadi on va acabar la cursa.