Sotšin olympialaisissa 2014 Sundby saavutti pronssia yhdistelmäkilpailussa, oli neljäs 50 kilometrillä ja 13:s 15 kilometrillä. Hän hiihti myös Norjan neljänneksi sijoittuneessa viestijoukkueessa. Falunin MM-kilpailujen 2015 aikana hän sairasteli, ja pystyi osallistumaan vain 50 kilometrin perinteisen hiihtotavan kilpailuun, jossa oli yhdestoista. Lahden MM-kilpailuissa 2017 hän saavutti hopeaa yhdistelmäkilpailussa ja 15 kilometrin perinteisen hiihtotavan kilpailussa. Tämän jälkeen hän oli mukana voittamassa Norjalle viestikultaa. 50 kilometrin vapaan hiihtotavan yhteislähtökilpailussa hän oli viides. Pyeongchangin olympialaisissa 2018 hän voitti kultaa 4 × 10 kilometrin viestissä ja vapaan hiihtotavan parisprintissä sekä hopeaa 30 kilometrin yhdistelmäkilpailussa. Lisäksi hän oli vapaan hiihtotavan 15 kilometrillä neljäs ja perinteisen 50 kilometrillä viides. Seefeldin MM-kilpailuissa 2019 Sundby voitti kultaa 15 kilometrin perinteisen hiihtotavan kilpailussa ja viestissä sekä pronssia yhdistelmäkilpailussa. 50 kilometrin vapaan hiihtotavan kilpailussa hän sijoittui neljänneksi. Oberstdorfin MM-kilpailuissa 2021 hän oli 15 kilometrin vapaan hiihtotavan kilpailussa seitsemäs.