Hjelmeset har deltatt i tre olympiske leker, med to pallplasser totalt, bronse på 50 km klassisk under OL 2002 i Salt Lake City og sølv i 4 x 10 kilometer stafett under OL 2010 i Vancouver. I stafetten i Vancouver gikk han andre etappe. Han gikk ut på fjerdeplass, 4,3 sekunder bak Finland som ledet, men slet med is under skiene, og vekslet på sjetteplass, 34,3 sekunder bak Sverige som da ledet. Hjelmeseths kommentar «jeg fikk is i rubben» er i ettertid blitt stående som et uttrykk å bruke når man skal bortforklare seg.