Lysenko se je vrnil na tekmovanje julija 2009, ko je osvojil ruski naslov s 76,41 m. Zlata medaljo je osvojila na kontinentalnem pokalu IAAF leta 2010 in na koncu leta osvojila tretje mesto na prvem izzivu IAAF Hammer Throw Challenge, s skupno oceno 223,96 metrov za njene tri najboljše metke. Leta 2011 je osvojila svoje prvo svetovno prvenstvo na prvem svetovnem prvenstvu, kjer so bile prve tri ženske vse več kot 75 m. Dobila je nagrado za met kladiva.
Zlata medalja na olimpijskih igrah v Londonu 2012 s metom 78,18 m. Zmagovala je na svetovnem prvenstvu leta 2013 z vodilnim metom 78,80 m.