Tremblay ble olympisk mester i kortbaneløp på skøyter for andre gang under vinter-OL 2010 i Vancouver. Han var med på det canadiske stafettlaget som vant 5 000 meter stafett for menn foran Sør-Korea og USA. De andre på laget var François Hamelin, Olivier Jean og Charles Hamelin. Trembley vant sin første olympiske gullmedalje åtte år tidligere, under vinter-OL 2002 i Salt Lake City, også den i kortbaneløp på 5000 meter stafett.