1968 wurde Mortensen Dänischer Meister im Mannschaftszeitfahren (mit Hansen, Bent Pedersen und Steen Holgaard), nachdem er schon Dritter im Straßenrennen der Amateure geworden war. Die dänische Mannschaft belegte auch Platz zwei bei den Nordischen Meisterschaften. Höhepunkt für Mortensen in diesem Jahr war allerdings der Gewinn der Silbermedaille im olympischen Straßenrennen bei den Olympischen Sommerspielen in Mexiko. Im Jahr darauf wurde Leif Mortensen in Brünn Weltmeister der Amateure im Straßenrennen, im Mannschaftszeitfahren belegte er Platz zwei mit der dänischen Mannschaft (mit Hansen, Mogens Frey und Jørn Lund). Zudem gewann er den "Grand Prix de France". Anschließend trat er zu den Profis über.