Ståhlberg nahm an dreizehn Schacholympiaden (1928, 1930, 1931, 1933, 1935, 1937, 1939, 1952, 1954, 1956, 1958, 1960 und 1964) teil. Mit der Mannschaft erreichte er 1935 den zweiten und 1933 den dritten Platz, in der Einzelwertung gelang ihm 1952 das zweitbeste und 1935 das drittbeste Ergebnis am Spitzenbrett. Auch an der inoffiziellen Schacholympiade 1936 in München nahm er teil und erreichte das drittbeste Einzelergebnis am Spitzenbrett. Nach dem Ausbruch des Zweiten Weltkrieges während der Schacholympiade 1939 in Buenos Aires blieb er in Argentinien bis zum Jahr 1948. In dieser Zeit verhalf er (und andere europäische Spieler, die nicht ins vom Krieg befallene Europa zurückkehren wollten) durch seine Teilnahme an einer Vielzahl von Schachturnieren in Südamerika dem Schachspiel zu großer Popularität auf diesem Erdteil. Er war auch in dieser Periode seines Lebens sehr erfolgreich: Sieger in Mar del Plata 1941 und Buenos Aires 1941 und 1947, Zweiter in Mar del Plata 1942, 1943, 1947 und 1948 und in Buenos Aires 1948. 1948 nahm er am Interzonenturnier in Saltsjöbaden teil, wo er dem 6. Platz einnahm und sich für das Kandidatenturnier 1950 in Budapest qualifizierte. In Budapest wurde er 7. Zuvor, im Jahr 1949, gewann er das sehr stark besetzte Turnier in Teplitz-Schönau. 1950 verlieh die FIDE Ståhlberg den Großmeistertitel.