Sau khi bị buộc trở thành công dân Liên Xô, Keres đã đại diện cho Liên Xô tham dự bảy kỳ Olympiad liên tiếp và đạt thành tích 7 huy chương vàng đồng đội, 5 huy chương vàng và 1 huy chương đồng cá nhân. Vào năm 1952 Keres thi đấu ở bảng 1 cho đội tuyển Liên Xô, đó là lần đầu tiên đội tuyển nước này tham dự Olympiad, vậy nên khi đó Keres là kỳ thủ duy nhất của Liên Xô có trải nghiệm ở đấu trường này do trước đây ông đã từng thi đấu cho đội tuyển Estonia. Thành tích 4 huy chương vàng cá nhân liên tiếp (đứng đầu bảng đấu) giai đoạn 1954–60 của Keres là một kỷ lục của Olympiad. Dù không còn tham gia thi đấu ở đấu trường này kể từ sau năm 1964 nhưng Keres vẫn có được thành công trong vai trò huấn luyện viên đội tuyển Liên Xô giai đoạn một thập kỷ tiếp theo. Tổng cộng Keres đã tham dự 11 kỳ Olympiad cho hai đội tuyển Liên Xô và Estonia (tính cả kỳ không chính thức lần thứ 3). Trong 161 ván, Keres thắng 97, thua 13 và hòa 51 (+97 −13 =51), đạt 122½ điểm, tỉ lệ 76,1%. Thành tích cụ thể của Keres ở Olympiad khi thi đấu cho đội tuyển Liên Xô như sau:[12]

• Helsinki 1952, bảng 1, 6½/12, huy chương vàng đồng đội;
• Amsterdam 1954, bảng 4, 13½/14 (+13 −0 =1), huy chương vàng đồng đội và cá nhân;

• Moscow 1956, bảng 3, 9½/12 (+7 −0 =5), huy chương vàng đồng đội và cá nhân;
• Munich 1958, bảng 3, 9½/12 (+7 −0 =5), huy chương vàng đồng đội và cá nhân;
• Leipzig 1960, bảng 3, 10½/13 (+8 −0 =5), huy chương vàng đồng đội và cá nhân;
• Varna 1962, bảng 4, 9½/13 (+6 −0 =7), huy chương vàng đồng đội, huy chương đồng cá nhân;
• Tel Aviv 1964, bảng 4, 10/12 (+9 −1 =2), huy chương vàng đồng đội và cá nhân.

Keres cũng đã ba lần là thành phần của đội tuyển Liên Xô tham dự giải cờ vua đồng đội châu Âu và ở cả ba lần ông đều giành được tấm huy chương vàng cá nhân và đồng đội. Trong tổng cộng 18 ván ở giải này Keres thắng 10 hòa 8, không để thua ván nào (+10 −0 =8), tỉ lệ 77,8%. Thành tích cụ thể như sau:[13]

• Vienna 1957, bảng 2, 3/5 (+1 −0 =4), huy chương vàng đồng đội và cá nhân;
• Oberhausen 1961, bảng 3, 6/8 (+4 −0 =4), huy chương vàng đồng đội và cá nhân;
• Kapfenberg 1970, bảng 8, 5/5 (+5 −0 =0), huy chương vàng đồng đội và cá nhân.

Ngoài Olympiad và giải đồng đội châu Âu, Keres còn đại diện cho Liên Xô tham dự rất nhiều trận đấu đồng đội quốc tế khác ở châu Âu và châu Mỹ và đạt được thành công lớn.[14]