Kou Lei kam im Jahr 2005 in die Ukraine und erhielt vor den Olympischen Spielen in Peking 2008 die ukrainische Staatsbürgerschaft, sodass er für die Ukraine antreten konnte. Er schied jedoch bereits in der ersten Runde aus. 2008 nahm er zudem erstmals an einer Weltmeisterschaft teil und erreichte mit der in der zweiten Division startenden Mannschaft Platz 26. 2010 nahm Kou Lei zum ersten Mal an einer Europameisterschaft teil und gewann Bronze im Doppel. Bei der WM startete das Team nun in der ersten Division, erreichte aber nur den 21. Rang und musste daher 2012 wieder in der zweiten Division antreten. Mit Platz 25 konnte die Ukraine allerdings gleich wieder in die erste Division aufsteigen und 2014 Platz 15 erreichen. In diesem Jahr stieß Kou Lei außerdem zum ersten Mal in die Top 100 der Weltrangliste vor. Bei der WM 2015 kam er im Einzel bis ins Achtelfinale, wo er mit 2:4 gegen Patrick Franziska ausschied. Bei den Europaspielen in Baku gewann er im Einzel nach einer Halbfinalniederlage gegen Vladimir Samsonov und einem Sieg über Paul Drinkhall die Bronzemedaille. 2016 erreichte er mit der ukrainischen Mannschaft bei der Weltmeisterschaft wieder Platz 15 und zog bei den Olympischen Spielen im Einzel ins Achtelfinale ein, das er gegen Marcos Freitas verlor. Bei der Europameisterschaft 2016 kam er ins Viertelfinale, bei seiner ersten Europe Top 16-Teilnahme 2017 auf den vierten Platz. Dadurch erreichte er mit Platz 20 in der Weltrangliste eine neue Bestmarke.