Chiamato per i XXI Giochi olimpici invernali di , il 15 febbraio Défago si laureò campione olimpico nella discesa libera, battendo di pochi centesimi Aksel Lund Svindal e Bode Miller e riportando in questo modo il titolo in Svizzera ventidue anni dopo Pirmin Zurbriggen. Nella rassegna olimpica canadese inoltre fu 15° nel supergigante, mentre non terminò la supercombinata. Nel settembre del 2010 si infortunò in allenamento ai legamenti del ginocchio sinistro, fatto che lo costrinse a saltare la stagione 2010-2011.