W 1951 Karvonen wystartował w trzech maratonach i w każdym z nich zwyciężył. W lipcowych mistrzostwach Finlandii w maratonie osiągnął rezultat 2:28:46. W sierpniu w mistrzostwach Skandynawii przebiegł dystans maratoński w czasie 2:28:07. We wrześniu wygrał Maraton w Enschede z ponad sześcioma minutami przewagi nad Tomem Richardsem, zwycięski czas Karvonena wynosił 2:29:02. W 1951 Karvonen był sklasyfikowany jako najlepszy maratończyk na świecie w rankingu Track and Field News.
Karvonen intensywnie trenował przed Letnimi Igrzyskami Olimpijskimi w Helsinkach. Wiosną 1952 był na obozie treningowym w Dinan, kiedy nagle zaczął cierpieć na ból pleców, rozpoznany jako reakcja na uszkodzenie krążka międzykręgowego. Wskutek kontuzji został zmuszony do przerwania biegania na sześć tygodni. Ostatecznie, Karvonen był dopiero szósty podczas mistrzostw Finlandii w maratonie 22 czerwca po trasie olimpijskiej, mimo to został powołany do fińskiej reprezentacji na igrzyska olimpijskie. Karvonen odwdzięczył się swoim kibicom podczas biegu maratońskiego zajmując piąte miejsce z czasem 2:26:41, trzy i pół minuty za zwycięzcą Emilem Zátopkiem. Karvonen zajął piąte miejsce także w rocznym rankingu Track and Field News.