Il termine deuxième du Tour en 1970, 1971, 1976, 1978, 1979, 1982, et détient le record du nombre de places de deuxième. Zoetemelk est le deuxième coureur néerlandais à gagner le Tour de France, douze ans après Jan Janssen, comme il fut en 1979 le deuxième Néerlandais à gagner la Vuelta, douze ans après le même compatriote. En 1985, il gagne les championnats du monde de cyclisme sur route, à près de 39 ans : il reste le doyen des vainqueurs de cette épreuve. En 1987, il remporte l'Amstel Gold Race, à l'âge de 40 ans.