Pihlajamäki ble olympisk mester under OL 1924 i Paris. Han vant den letteste vektklassen, bantamvekt opp til 56,0 kg, i fristil. I finalen beseiret han sin landsmann Kaarlo Mäkinen. Fire år senere, under OL 1928 i Amsterdam kom han på andreplass i bryting fri stil i fjærvekt. Åtte år senere, under OL 1936 i Berlin, vant Pihlajamäki sin andre olympiske gullmedalje. Han vant tittelen i bryting fristil i vektklassen fjærvekt.