השלים את המשפט הבא: פטרסן נבחרה להצטרף לקבוצת הנורבגיה באולימפיאדת החורף 2010 בוונקובר, קנדה. בתחרות האולימפית הראשונה שלו,
ספרינט אישי, הוא הגיע למקום השישי, אחד משלושת הנורבגים שהגיעו לסיבוב התחרותי האחרון. מאוחר יותר הוא זכה במדליית זהב עם חברו לקבוצה פטר נורת'הוג בתחרות הספרינט הקבוצתי, בהסתיים עם קבוצות מגרמניה ורוסיה. במקור, פיטרסן לא התכוון להתחרות באירוע, אך נסיגה בדקה האחרונה של אלוף העולם אולה ויגן האטסטד בשל מחלה הותירה מקום פתוח, ופיטרסן נבחר למלא אותו. מספר קבוצות היו בתחרות בעקבות הביצועים של פטרסן במהלך החלק הראשון של המירוץ, ולא היה עד הגבעה האחרונה שנורת'אג עבר את יריביו ולקח את ההובלה בכניסה לאצטדיון שבו הסתיים המירוץ.