Tomasjovas första stora merit kom när hon vid EM i München 2002 blev bronsmedaljör på 1 500 meter på tiden 4.01,28. Vid VM året efter i Paris vann hon guld på tiden 3.58,52. Vid finalen i OS 2004 blev hon dock tvåa efter Kelly Holmes. Året efter försvarade hon sitt VM-guld i Helsingfors när hon vann på tiden 4.00,35. Ytterligare en medalj blev det när hon vann guld vid EM 2006 denna gång på det nya personliga rekordtiden 3.56,91. Inför VM 2007 skadades Tomasjova på träning och missade därmed möjligheten att vinna sin tredje raka titel på 1 500 meter.