Aux Jeux olympiques de 1924, disputés en France à Chamonix-Mont-Blanc, Thorleif Haug est l'un des sportifs les plus en vue. Il s'impose tout d'abord le dans l'épreuve de en ski de fond, avant d'en faire de même trois jours plus tard dans le . Le , il s'octroie une troisième médaille d'or en gagnant le combiné nordique. Il prend également la de l'épreuve de saut à ski, mais cette médaille de bronze lui est retirée 50 ans plus tard : le fondeur Thoralf Strømstad, qui a lui aussi participé aux Jeux de Chamonix, prouve en compagnie de l'historien du ski norvégien Jakob Vaage que les points de l'épreuve de saut à ski avaient été mal calculés et qu'une erreur de notation a bien été commise en faveur de Thorleif Haug qui est alors reclassé , tandis que la médaille de bronze est attribuée a posteriori à l'Américain Anders Haugen.