I OL 1960 i Squaw Valley ble Stensheim nummer ti på 50 km og nummer 20 på 30 km. I OL 1964 i Innsbruck ble han nummer elleve på 30 km og kom på femteplass på 50 km. Svensken Sixten Jernberg vant 50 km foran landsmannen Assar Rönnlund, mens Harald Grønningen og Ole Ellefsæter kom på plassene bak Stensheim. Grønningen mener de norske løperne smurte seg bort, siden solen ikke kom frem den dagen.