Najbliżej podium była w sztafecie, gdzie Norweżki przegrały walkę o podium ze Szwedkami o 2,7 sekundy oraz w biegu na 30 km techniką dowolną, gdzie w walce o brązowy medal lepsza okazała się reprezentantka Wałentyna Szewczenko. Końcem marca wywalczyła swój drugi tytuł krajowy, ponownie zwyciężając w biegu na 30 km stylem dowolnym. thumb|left|Therese Johaug w sezonie 2009/2010
2009/2010 Najważniejszym punktem sezonu 2009/2010 były igrzyska olimpijskie w Vancouver. W indywidualnych startach była szósta w biegu łączonym na 15 km oraz siódma na dystansie 30 km techniką klasyczną. Ponadto wspólnie z Marit Bjørgen, Vibeke Skofterud oraz Kristin Størmer Steirą wywalczyła złoty medal w sztafecie, pierwszy drużynowy złoty medal norweskich biegaczek od 26 lat. W rywalizacji pucharowej była trzecia 6 marca 2010 roku w biegu łączonym na 15 km w Lahti (za Bjørgen i Kowalczyk) oraz tydzień później na dystansie 30 km stylem dowolnym w Oslo (za Bjørgen i Steirą). Trzecie miejsce zajęła także w jednym z etapów Finału PŚ w Falun w biegu łączonym na 10 km. Therese nie ukończyła czwartej edycji TdS po tym, jak wycofała się przed siódmym etapem. W klasyfikacji generalnej PŚ zajęła ostatecznie siedemnaste miejsce.