在1984年塞拉耶佛冬季奧運會上,托馬斯-古斯塔夫松在5000米速滑中獲得金牌,在10000米速滑中獲得銀牌,這兩個項目上,他和馬爾可夫展開了激烈的金牌爭奪戰,在5000米比賽中,他領先馬爾可夫0.02秒,而馬爾可夫在10000米速滑中以0.05秒的優勢奪冠。
奧運會後,古斯塔夫松遭遇到一系列的打擊:他接受了膝蓋手術,受到腦膜炎的困擾,他的父親也在這期間離開了他,這一系列的打擊讓古斯塔夫松的運動生涯受到嚴重的威脅,但他還是在滑冰事業上堅持著。1988年加拿大卡爾加里冬季奧運會的5000米速滑比賽上,古斯塔夫松以三分之一秒的優勢奪冠,隨後又在10000米速滑中,打破世界紀錄,輕鬆獲勝,為自己增添第三枚奧運金牌。