Grøttumsbråten ble olympisk mester i kombinert både i St. Moritz 1928 og i Lake Placid 1932. I sistnevnte vinter-OL var han dessuten norsk flaggbærer. I 1928 vant han også gull på 18 km langrenn. Han ble også verdensmester tre ganger, i kombinert i 1926 og 1931. I 1926 ble han også verdensmester på 18 km langrenn.