Andika mwendelezo wa aya hii - Kipindi chake cha juu kilikuja katika Olimpiki ya Athens ya 2004, ambapo alikua mtu wa kwanza katika historia ya michezo ya Eritrea kushinda medali ya Olimpiki. Zersenay alichukua shaba katika mbio za mita 10,000 katika michezo ya Olimpiki ya majira ya joto ya 2004 huko Athens, Ugiriki nyuma ya Kenenisa Bekele, na Sileshi Sihine. Maonyesho yake ya 27:22.57 yaliwakilisha uboreshaji mkubwa kwani alikuwa ameshinda rekodi yake ya awali kwa sekunde kumi, licha ya hali mbaya ya joto. Zersenay alikataa kutangaza ushindi wake wa medali nyuma ya wenzake wa Ethiopia, akisema: "tumewahi kuwa marafiki na Waethiopia. Sasa sisi ni taifa...naweza kusema nina furaha sana". Mkimbiaji aliyezaliwa Eritrea Meb Keflezighi, akiwakilisha Marekani, alishinda fedha katika mbio za marathon
siku chache baadaye, kuonyesha viwango vya kuboresha nchi. Zersenay alimaliza michezo yake ya kwanza ya Olimpiki kwa kufikia fainali nyingine ya tukio: alichukua nafasi ya saba katika mbio za mita 5000 za wanaume, akithibitisha msimamo wake kama mkimbiaji wa darasa la ulimwengu.