In der folgenden Saison, deren Höhepunkt die Olympischen Winterspiele 2018 in Pyeongchang bildeten, war Samuelsson in keinem vorolympischen Einzel-Weltcuprennen unter den ersten 20 klassiert. Bei Olympia wurde er dann aber zunächst Vierzehnter im Sprint, traf in der Verfolgung 19 von 20 Scheiben und setzte sich auf der Schlussrunde gegen Benedikt Doll im Duell um den zweiten Rang hinter Martin Fourcade durch. Samuelssons Silbermedaille wurde medial wie auch der Olympiasieg seiner Mannschaftskollegin Hanna Öberg im Einzelrennen der Frauen als große Überraschung aufgenommen. Trainer Wolfgang Pichler begründete die Erfolge seiner Athleten damit, dass die Windbedingungen und das Streckenprofil in Pyeongchang denen im heimischen Östersund ähnelten. Auch im olympischen 20-Kilometer-Einzelwettkampf belegte Samuelsson mit dem vierten Rang ein vorderes Ergebnis und hatte mit einem Fehlschuss lediglich 15 Sekunden Rückstand auf den fehlerfrei gebliebenen drittplatzierten Dominik Landertinger. Zum Abschluss der Olympischen Spiele gewann die schwedische Männerstaffel die Goldmedaille. Samuelsson lief an dritter Position, übernahm die Staffel mit leichtem Rückstand von Peppe Femling und Jesper Nelin und übergab in etwa zeitgleich mit dem führenden Norweger Johannes Thingnes Bø auf Schlussläufer Fredrik Lindström, der sich gegen Emil Hegle Svendsen durchsetzte. In ähnlicher Konstellation – mit Martin Ponsiluoma an Femlings Stelle – hatte die schwedische Staffel wenige Wochen zuvor in Oberhof erstmals seit neun Jahren wieder ein Weltcuprennen gewonnen.