Jako juniorka získala na Mistrovství světa 2004 stříbro ve štafetě, o rok později bronz znovu ve štafetě a na Mistrovství světa 2006 stříbro v běhu na 5 km klasicky a bronz ve skiatlonu. V kategorii dospělých však dlouho na tyto úspěchy nedokázala navázat. Každé umístění ve třicítce považovala za úspěch, ale moc jich nebylo. Zlomovou se pro ni stala až sezóna 2013/14, před kterou ohlásila, že se buď zlepší nebo po sezóně skončí. A dařilo se jí – nejprve dosáhla 8. místa na Tour de Ski a poté zazářila i na olympiádě v Soči, kde byla jedenáctá ve skiatlonu a pátá na 30 km volně. V závodu Světového poháru na legendárním Holmenkollenu byla sedmá na 30 km klasicky a ve Finále Světového poháru ve Falunu dojela desátá. Celkově skončila v Světovém poháru čtrnáctá, čímž vylepšila své umístění oproti předchozí sezóně o 59 míst. Jejím dosavadním maximem v konečném pořadí seriálu byla 40. příčka z roku 2011. Její umístění bylo nejlepším českým výsledkem po sedmi letech – v roce 2007 byla Kateřina Neumannová třetí. Sama přičítala zlepšení výsledků mnoha změnám v přípravě – zvýšení síly a spolupráci s kondičním trenérem Filipem Tomášem; také si změnila jídelníček. Po sezóně se však potýkala s nemocí, čtyřikrát brala antibiotika, nemoc ji poznamenala i v úvodních závodech sezóny 2014/15. Na podzim 2014 oslovila Vrabcová Nývltová Kateřinu Neumannovou s žádostí o spolupráci. Na Mistrovství světa 2015 ve Falunu se sešly ke společnému tréninku a Neumannová poté o Vrabcové Nývltové řekla, že jí kvůli nízké váze chybí svalová hmota a že jí neprospívá letní atletický trénink, který se neslučuje s lyžařským.