2010년 10월 타임레이스 방식으로 치러진 국가대표 선발전에서 국가대표로 선발, 2010년 ~ 2011년 시즌부터 시니어 국제대회에 참가하여 2010년 11월, 중국 상하이에서 열린 월드컵 4차 대회에서 1000m·1500m·5000m 계주에서 우승하였으며, 카자흐스탄 아스타나에서 열린 2011년 동계 아시안 게임에서 1500m와 5000m 계주에서 금메달을 획득하였고, 영국 셰필드에서 열린 2011년 세계 선수권에서도 종합 우승하였다. 2011년 한국체육대학교에 진학했으며, 이후로도 계속 국가대표로 선발되었다. 2011년 1500m와 3000m 슈퍼파이널에서 2003년 당시 안현수가 세웠던 세계 신기록을 8년만에 갱신했다. 2012년 세계 선수권에서는 1500m에서 금메달을 획득했으며, 곽윤기에 이어 종합 2위를 했다. 노진규는 2012년 ~ 2013년 시즌에도 월드컵 대회에서 종합 우승하는 등, 당시 대한민국의 대표적인 남자 쇼트트랙 선수로 이름을 알렸으나, 2013년 세계 선수권에서는 메달을 얻지 못하는 부진을 보였다.