Den bedrift Frey måske blev mest kendt for, var etapesejren på 9. etape af Tour de France 1970. Her besejrede han sin egen holdkaptajn, Joaquim Agostinho, der ganske vist kom først over målstregen, men straks efter blev diskvalificeret for at sætte hænderne på Mogens Freys styr og dermed holde ham tilbage i spurten. Dette var dermed den første danske etape-sejr i Tour de France nogensinde. Den næste kom først 13 år efter, i 1983, hvor Kim Andersen vandt 12. etape.