Najważniejszym punktem sezonu 2009/2010 były igrzyska olimpijskie w Vancouver. Petra wystąpiła tam tylko w sprincie techniką klasyczną, w którym wywalczyła brązowy medal, przegrywając tylko z Norweżką Marit Bjørgen i Justyną Kowalczyk. Sukces był tym większy, że na treningu tuż przed startem eliminacji Słowenka spadła z trzymetrowej skarpy łamiąc sobie cztery żebra i uszkadzając opłucną. Był to pierwszy indywidualny medal olimpijski dla Słowenii od 16 lat. Dwa dni po tym biegu Petra otrzymała Złoty Order za Zasługi od prezydenta Słowenii Danilo TürkaOLYMPICS: President Decorates Olympic Medalist Majdic .Majdic to be honoured by Slovenia for her Olympic exploits . Parę dni później wspólnie z Kanadyjką Joannie Rochette otrzymała nagrodę Terry Fox Award, za swoją postawę na igrzyskach olimpijskich w Vancouver. W zawodach pucharowych dziesięciokrotnie stawała na podium, w tym czterokrotnie zwyciężając: 13 grudnia w Davos w sprincie stylem dowolnym, 1 stycznia 2010 w Oberhofie w biegu na 2,8 km stylem dowolnym, 3 stycznia 2010 w Oberhofie w sprincie stylem klasycznym i 9 stycznia 2010 w Val di Fiemme na 10 km stylem klasycznym.