Han startet verdenscupsesongen 2009/10 bra, og tok sine første pallplasseringer. Vylegzjanin tok en andreplass på 15 km klassisk i Kuusamo og ble nummer tre på 30 km klassisk, fellesstart. I OL 2010 i Vancouver kom Vylegzjanin på 17.plass på 30 km duatlon, niendeplass på 15 km fri, åttendeplass på 50 km, og han gikk på det russiske stafettlaget som kom på åttendeplass på 4 x 10 km stafett.