Faits : A. Par jugement du 12 décembre 2019, le Tribunal de police de l'arrondissement de La Côte a libéré A._ de l'infraction de violation grave qualifiée des règles de la circulation routière au sens de l'art. 90 al. 3 et 4 LCR. B. Par jugement du 8 mai 2020, la Cour d'appel pénale du Tribunal cantonal du canton de Vaud a partiellement admis l'appel du Ministère public et constaté que A._ s'était rendu coupable de violation grave qualifiée des règles de la circulation routière au sens des art. 90 al. 3 et 4 LCR. Elle l'a condamné à une peine pécuniaire de 100 jours-amende, le montant du jour-amende étant fixé à 60 fr., assortie du sursis pendant deux ans. Elle a retenu en substance les faits suivants. Le 26 juin 2017, peu avant 7h30, une annonce a été diffusée sur le canal de la gendarmerie suite à un car-jacking survenu au Garage B._ à Crissier. A la suite de cette diffusion, deux patrouilles ont été engagées sur l'événement, soit la patrouille X._ composée des agents C._ et A._ et la patrouille Y._ composée de l'adjudant D._ et du sergent-major E._. L'agent A._ était sur le point de quitter le poste F._ lorsqu'il a entendu un ou plusieurs véhicules passer à très grande vitesse sur l'avenue des Pâquis en direction du centre-ville de Morges. A._ a estimé qu'il s'agissait des auteurs du car-jacking et s'est engagé, avec son co-équipier l'agent C._, à la poursuite des malfaiteurs présumés. Les deux patrouilles sont parties en direction du centre-ville, les moyens prioritaires enclenchés. Au carrefour de l'avenue des Pâquis-avenue de Peyrolaz, la vitesse d'un des véhicules poursuivis a été contrôlée à 67 km/h, marge de sécurité déduite, à 7:28:21 (1er radar). Arrivée à la hauteur de la Place Dufour, la patrouille X._ a aperçu une VW Golf 7 R Variant break bleue sur l'avenue Paderewski roulant à vive allure en zigzaguant entre les autres usagers de la route. La patrouille conduite par A._ a été contrôlée à une vitesse de 53 km/h (marge non déduite) pour une violation du feu rouge à 7:29:39 (2ème radar, séparé du 1er par une distance de 1000 mètres). A ce même moment, A._ a aperçu une Volvo type S80 verte à plaques françaises s'engager sur la route des Vignerons alors que le feu était au rouge. A._ a poursuivi la VW Golf qui circulait à haute vitesse sur la route cantonale 1 jusqu'à St-Prex, roulant ainsi sur des tronçons limités entre 50 et 80 km/h. Sur la route de Morges 30-32, A._ a été contrôlé à 7:31:06 à une vitesse de 105 km/h, marge de sécurité déduite, en lieu et place des 50 km/h autorisés sur ce tronçon (3ème radar, séparé du 2ème par une distance de 3600 mètres). Arrivée au giratoire de Penguey, la VW Golf a contourné l'édifice par la droite. A._ a décidé de le prendre par la gauche pour éviter une file de véhicules qui s'était créée à l'entrée du giratoire. En raison de la circulation dense, les patrouilles ont été bloquées quelques secondes. Une fois arrivées au giratoire desservant la rue du Motty, toujours à St-Prex, les deux patrouilles ont perdu la trace de la VW Golf. Ce véhicule a été aperçu à Nyon avant d'être perdu de vue. C. A._ forme un recours en matière pénale au Tribunal fédéral à l'encontre du jugement cantonal. Il conclut principalement, avec suite de frais, à sa réforme en ce sens qu'il est acquitté et qu'une indemnité lui est allouée conformément à l'art. 429 CPP. Subsidiairement, il conclut à l'annulation du jugement attaqué et au renvoi de la cause à la Cour d'appel pénale du Tribunal cantonal pour nouvelle décision. Il sollicite par ailleurs l'octroi de l'effet suspensif.