Täytä seuraava lause: Pettersen valittiin Norjan joukkueeseen vuoden 2010 talviolympialaisiin Vancouverissa Kanadassa. Ensimmäisessä olympiakisoissa
Yksilöllisessä sprintissä hän sijoittui kuudenneksi. Hän oli yksi kolmesta norjalaisesta, jotka pääsivät kilpailun viimeiseen kierrokseen. Hän voitti myöhemmin kultamitalin joukkuetoverinsa Petter Northugin kanssa joukkuesprintissä, jossa hän oli tiukassa pisteessä Saksan ja Venäjän joukkueiden kanssa. Alun perin Pettersen ei aikonut kilpailla, mutta maailmanmestari Ola Vigen Hattestadin viime hetken vetäytyminen sairauden vuoksi jätti paikan auki, ja Pettersen valittiin täyttämään sen. Useat joukkueet kilpailivat Pettersenin suorituksen jälkeen kilpailun ensimmäisessä vaiheessa, ja vasta viimeisellä kukkulalla Northug ohitti vastustajansa ja otti johdon stadionille, jossa kilpailu päättyi.