Matilainen sijoittui 3 000 metrin estejuoksussa neljänneksi sekä Los Angelesin 1932 olympialaisissa että Berliinin 1936 olympialaisissa. Los Angelesissa juostiin toimitsijoiden virheen vuoksi yksi kierros liikaa, ja Matilainen menetti mitalimahdollisuutensa kaatumiseen tällä ylimääräisellä kierroksella. Hän sijoittui Torinon EM-kilpailuissa 1934 kuudenneksi 1 500 metrin juoksussa. Hän edusti Suomea kuudessa maaottelussa ja saavutti kolme lajivoittoa.