Han deltog i tre olympiske lege, første gang i [[Sommer-OL 1964|1964]] i Tokyo, hvor han stillede op i sprint, hvor han nåede anden runde. Ved [[Sommer-OL 1968|OL 1968]] i Mexico City vandt han sit indledende heat i sprint, men blev derpå slået ud i anden runde.<ref name=oly>{{kilde | url = https://www.olympedia.org/athletes/16053 | titel = Peder Pedersen | udgiver = olympedia.org | hentet = {{dato|9-11-2023}} }}</ref> Dette år stillede han også op i holdforfølgelsesløbet, hvor han var reserve på holdet som ellers bestod af [[Gunnar Asmussen]], [[Per Lyngemark]], [[Reno Olsen]] og [[Mogens Frey]]. Pedersen kørte semifinalen som erstatning for Lyngemark, og her vandt danskerne over Sovjetunionen og kvalificerede sig dermed til finalen. Her var Lyngemark tilbage på holdet, og danskerne lå hele vejen et stykke efter modstanderne fra Vesttyskland. Efter ni af de tolv omgange var danskerne reduceret til tre ryttere, men fortsatte, og på sidste omgang mistede tyskerne også en rytter. Imidlertid berørte den udgående rytter tilsyneladende en af de andre ryttere og gav ham et puf, hvilket betød, at skønt tyskerne vandt løbet klart, blev de diskvalificeret, så Danmark vandt guldet. Efter flere protester fik Vesttyskland sølvet, mens Italien, som sejrede i kampen om tredjepladsen, fik bronze.<ref>{{kilde | url = https://www.olympedia.org/results/154126 | titel = Team Pursuit, 4,000 metres, Men | udgiver = olympedia.org | hentet = {{dato|9-11-2023}} }}</ref>
Personbillede_savnes