Im Olympiajahr 1976 gelang ihm endgültig der Durchbruch bei bedeutenden Wettkämpfen auf nationaler und internationaler Ebene. In diesem Jahr wurde er DDR-Juniorenmeister, Dritter bei den DDR-Seniorenmeisterschaften, Dritter der Europameisterschaften und nahm als Mitglied der DDR-Nationalmannschaft an den Olympischen Spielen in Montréal teil. 1977 gewann er mit der Mannschaft des "SC Dynamo Hoppegarten" den Europapokal. Als Mitglied der DDR-Auswahlmannschaft gewann er hinter Aleksandrs Jackēvičs bei den Judo-Europameisterschaften der Männer 1978 die Silber-Medaille. Detlef Ultsch dominierte die Mittelgewichtsklasse in der DDR nahezu unangefochten bis 1984 und wurde insgesamt sechsmal DDR-Meister. Ende der 1970er Jahre war unter der sportlichen Führung seines Trainers Dietmar Hötger aus dem "Sonneberger Judo-Talent" ein "Berliner Weltklasse-Judoka" geworden. Seine größten sportlichen Erfolge als Aktiver feierte er 1979 in Paris und 1983 in Moskau mit dem zweimaligen Sieg bei den Judo-Weltmeisterschaften im Mittelgewicht (bis 86 kg). Seine bevorzugte Spezialtechnik war der "Seoi Nage" mit Kawaishi-Eingang. Nachdem er sich bei der Olympiade 1980 in Moskau die Bronze-Medaille erkämpft hatte, konzentrierte er sein Training 1984 ganz auf die olympischen Judo-Wettkämpfe in Los Angeles. Dort wollte er als einer der Favoriten mit guten Chancen auf den Olympiasieg starten. Wegen des Boykotts der Sommerolympiade 1984 durch die DDR waren seine Vorbereitungen und Hoffnungen jedoch umsonst. Danach zog er sich vom internationalen Wettkampfsport zurück und begann in seinem Berliner Verein die Trainerlaufbahn. Nachfolger in seiner Gewichtsklasse auf nationaler Ebene wurde der neun Jahre jüngere, viermalige DDR-Meister Roland Borawski vom SC Leipzig. 1987 erhielt Detlef Ultsch den Vaterländischen Verdienstorden in Silber.