Efter at være blevet tvunget til at blive sovjetisk statsborger, repræsenterede Keres Sovjetunionen i syv Olympiader i træk, hvor han vandt syv holdguldmedaljer i træk, fem bordguldmedaljer og en bronsmedalje. Bemærkelsesværdigt var hans optræden for Sovjetunionen i 1952, da sovjetterne kom ind i begivenheden for første gang; Keres var det eneste sovjetiske holdmedlem med olympisk erfaring (fra hans tidligere optrædener for Estland), og verdensmester Mikhail Botvinnik var ikke på det sovjetiske hold. Hans fire direkte bord guldmedaljer fra 1954-1960 er en olympisk rekord. Selvom han ikke blev udvalgt efter 1964, tjente Keres med succes som holdtræner med sovjetiske internationale hold i det næste årti. I alt i 11 olympiske lege, spillede for både Sovjetunionen og Estland (tæller uofficielle München 1936
I 161 kampe samlede Keres en strålende total på (+97−13=51), for 76,7%. Hans detaljerede sovjetiske OL-resultater er: