Martin Fourcade se révèle lors de la saison 2009-2010 en réalisant plusieurs "" en début de saison. Il continue à monter en puissance jusqu'aux Jeux olympiques de Vancouver, où il remporte la médaille d'argent de la mass-start derrière le Russe Evgeny Ustyugov, malgré trois fautes au tir, dont deux lors du premier tir couché et la dernière lors du dernier tir debout. Dans la dernière boucle, il effectuera un tour d'attaque rattrapant l'Autrichien Christoph Sumann puis le Slovaque Pavol Hurajt avant de franchir la ligne d'arrivée en deuxième position. Ce résultat fait suite à une quatorzième place lors de l'Individuel, une trente-cinquième place sur le sprint et trente-quatrième place sur la poursuite. Lors du relais où il fait équipe avec Vincent Jay, champion olympique du sprint, Vincent Defrasne et son frère Simon, la France termine à la sixième place.