Em 2002, participou do Campeonato Europeu de Patras, do qual conquistou três medalhas: ouro por equipes e no salto e prata no solo. Ainda em 2002, disputou o Campeonato Mundial de Debrecen. No evento, fora medalhista de prata no salto sobre a mesa, superada pela companheira de equipe Elena Zamolodchikova. Em 2004, em sua primeira aparição olímpica, nos Jogos Olímpicos de Atenas, Natalia conquistou ao lado de sua equipe, a medalha de bronze, atrás da equipe norte-americana e romena, prata e ouro, respectivamente. Individualmente, fora 35ª colocada na classificação da prova individual. Dois anos depois, anunciou sua aposentadoria do desporto, para dedicar-se a carreira de treinadora.