Vid Europamästerskapen i simsport 2010 i Budapest, Ungern deltog Joensen i 1500 meter frisim. Den 10 augusti 2010 simmade han i kvalet, och slutade tvåa i kvalet med tiden 15:04.05. Bästa tid i kvalet hade italienaren Samuel Pizzetti, med tiden 15:03.32. Finalen hölls dagen därpå, 11 augusti. Fransmannen Sébastien Rouault vann guldet, och Pál Joensen slutade på en sensationell andra plats. Han simmade sin bästa tid någonsin, då han satte nordiskt- och personligt rekord. Topp tre: