Toisen maailmansodan vuoksi Karlsson pääsi ensimmäisiin arvokilpailuihinsa vasta 30-vuotiaana. Sankt Moritzin talviolympialaisissa 1948 hän sijoittui 18 kilometrillä viidenneksi eikä päässyt viestijoukkueeseen, mutta 50 kilometrillä hän voitti kultaa yli 4,5 minuutin erolla Harald Erikssoniin. Lake Placidin MM-kilpailuissa 1950 hän sijoittui 18 kilometrillä 13:nneksi ja sai pronssia 50 kilometrillä, jossa Ruotsi otti neloisvoiton. Oslon olympialaisissa 1952 hän kilpaili toipilaana kurkkutulehduksesta ja sijoittui 18 kilometrillä viidenneksi sekä 50 kilometrillä kuudenneksi.