L'anno dopo vinse due medaglie ai Mondiali di Lahti, l'argento nell'inseguimento (medaglia inizialmente assegnata al finlandeseJari Isometsä, poi squalificato per doping[2][3][4]) e l'oro nella 50 km a tecnica libera.
Ai XIX Giochi olimpici invernali di Salt Lake City 2002 Mühlegg vinse l'oro nella 30 km a tecnica libera e nella 10 km a inseguimento, successi che gli valsero le congratulazioni del re Juan Carlos di Spagna[senza fonte]. Mühlegg finì al primo posto anche nella 50 km a tecnica classica, disputata il 23 febbraio, ultimo sabato dei Giochi: sul finire della gara Mühlegg rimontò rapidamente sul russoMichail Ivanov 14,9 secondi, ma venne espulso dalle Olimpiadi il giorno seguente, dopo essere risultato positivo in un controllo antidoping alla darbepoetina, una farmaco analogo all'EPO che fa aumentare il numero di globuli rossi nel sangue[5]. Il Comitato Olimpico Internazionale inizialmente lasciò a Mühlegg gli ori delle prime due gare, ma nel dicembre 2003 una decisione della Corte d'arbitrato dello sport ritirò anche quelle due medaglie[6][7][8]. La corte rimise questo caso e quello simile della russa Ol'ga Danilova al comitato esecutivo del CIO, che confermò le sentenze nel febbraio 2004[senza fonte].
Mühlegg non tornò più alle gare; nell'ottobre del 2004 pubblicò la sua autobiografiaAllein gegen Alle ("Solo contro tutti").
^abProfilo su Sports-reference.com, su sports-reference.com. URL consultato il 12 dicembre 2011 (archiviato dall'url originale il 16 settembre 2011).
^Nuova bufera doping sul fondo finlandese, in Wintersport-news.it, 28 ottobre 2010. URL consultato il 12 dicembre 2011 (archiviato dall'url originale il 19 gennaio 2012).
^(FI) Paavo Rytsä - Jukka Lindfors, Lahden kohukisat 2001, in Yle.fi, 8 settembre 2006. URL consultato il 12 dicembre 2011.
^La sostanza non era vietata all'epoca, poiché era stata appena sviluppata. Tracce di darbepoetina vennero trovate in un test a campione delle urine il 21 febbraio. Prima della 50 km del 23 febbraio, un test a campione per i livelli di emoglobina trovò Mühlegg sopra i limiti; ad un secondo test cinque minuti dopo risultò sotto il limite e gli fu permesso di gareggiare[senza fonte].