Lysenko palasi kilpailuun heinäkuussa 2009 ja voitti Venäjän mestaruuden 76,41 m:llä. Hän voitti kultaa vuoden 2010 IAAF Continental Cupissa ja sijoittui kolmanneksi IAAF Hammer Throw Challenge -kilpailussa vuoden lopussa. Vuonna 2011 hän voitti ensimmäisen maailmanmestaruutensa ensimmäisissä maailmanmestaruussarjoissa, joissa kolme parasta naista meni yli 75 metriä. Hänelle myönnettiin
Kanteenheitto-kultaa Lontoon olympialaisissa 78,18 metrin heitteellä. Hän voitti vuoden 2013 maailmanmestaruuden maailman johtavalla 78,80 metrin heittämällä.