Zranenie, nezranenie, Demitra mal pred sebou obrovskú motiváciu. V roku 2010 sa totiž zimné olympijské hry konali práve vo Vancouveri a on na nich mohol nastúpiť priamo pred fanúšikmi Canucks. Liečenie sa však predlžovalo a Demitra nemohol naskočiť ani do novej sezóny. V decembri mu pomohla cesta za slovenským fyzioterapeutom, ktorý výrazne zlepšil situáciu.
Vtedy tridsaťšesťročný forvard nakoniec stihol nastúpiť ešte pred olympiádou, za Canucks odohral 11 duelov a potom sa k nemu už vo Vancouveri pripojili jeho krajania a odštartovala výnimočná jazda, ktorá sa rozbehla po úvodnej prehre v skupine s Českom.
Do dejín vošiel najmä Demitrov samostatný nájazd proti Rusku, pri ktorom zmiatol brankára Iľju Bryzgalova oblúkom smerom k mantinelu, aby ho potom prestrelil po odraze od tyčky. Tento moment sa neskôr ocitol dokonca aj na poštovej známke.
Vo štvrťfinále Slováci vyradili Švédsko a neboli ďaleko ani od toho, aby v semifinále zaskočili hlavného favorita z Kanady. Boj o bronz proti Fínsku sa vyvíjal veľmi nádejne, ale v poslednej tretine sa všetko pokazilo. Fíni otočili skóre a nechali Slovensko na nepopulárnej štvrtej priečke.
"Plakali sme ako malí chlapci… Veľmi nás to hnevá. Boli sme blízko. Každého z nás to bude mrzieť celý život. Všetci tvrdia, že je to úspech, no pre nás nie je. Štvrté miesto je ako skončiť posledný," utrápene povedal po nezvládnutom zápase Demitra. Na šampionáte bol nielen lídrom slovenského tímu, ale vyhral aj celé bodovanie turnaja a dostal sa do All-Star tímu.
Nešťastné vyústenie turnaja vo Vancouveri dodnes trápi aj mnohých fanúšikov. Táto olympiáda bola posledná príležitosť, keď sa silná slovenská generácia stretla v takmer kompletnom zložení a mala na dosah historický úspech.
Po skončení turnaja Demitra dohral sezónu za Vancouver, ktorý už druhý rok po sebe vypadol v druhom kole s Blackhawks. Počas dvoch sezón za Canucks pridal na svoje konto 97 štartov s bilanciou 69 bodov.
Pred ďalšou sezónou už Demitra zamieril do Ruska, takže dres Canucks navždy ostal tým posledným, ktorý si v NHL obliekol.