Pierwszy raz na arenie międzynarodowej Siergiej Ustiugow pojawił się 20 listopada 2010 roku w zawodach Pucharu Kontynentalnego w rosyjskiej miejscowości Werszina Tea, gdzie zajął dziesiąte miejsce w sprincie techniką klasyczną. W lutym 2011 roku wystąpił na mistrzostwach świata juniorów w Otepää, gdzie wygrał sprint klasykiem, a wspólnie z kolegami z reprezentacji zajął drugie miejsce w sztafecie. Na rozgrywanych rok później mistrzostwach świata juniorów w Erzurum wygrał wszystkie konkurencje: bieg łączony, sprint stylem dowolnym, sztafetę oraz bieg na 10 km techniką klasyczną. W 2013 roku brał udział w mistrzostwach świata młodzieżowców w Libercu, gdzie zdobył kolejne dwa złote medale: w biegu łączonym i na dystansie 15 km stylem dowolnym.