W 2010 roku wystąpił na igrzyskach olimpijskich w Vancouver. Zdobył tam tytuł mistrza w biegu ze startu wspólnego, wyprzedzając Francuza Martina Fourcade'a i Pavola Hurajta ze Słowacji. Został tym samym pierwszym Rosjaninem w historii, który został mistrzem olimpijskim w tej konkurencji. Parę dni później zdobył też wspólnie z Iwanem Czeriezowem, Antonem Szypulinem i Maksimem Czudowem brązowy medal w sztafecie. Był tam również czwarty w biegu indywidualnym, przegrywając walkę o podium z Siarhiejem Nowikauem z Białorusi. Na rozgrywanych cztery lata później igrzyskach w Soczi razem z Szypulinem, Dmitrijem Małyszko i Aleksiejem Wołkowem zwyciężył w sztafecie. Indywidualnie jego najlepszym wynikiem było piąte miejsce w biegu pościgowym. W międzyczasie zdobył dwa srebrne medale podczas mistrzostw świata w Chanty-Mansyjsku. Najpierw sztafeta rosyjska w składzie Anton Szypulin, Jewgienij Ustiugow, Maksim Maksimow i Iwan Czeriezow zajęła drugie miejsce. Dzień później Ustiugow był drugi w biegu masowym, rozdzielając na podium Emila Hegle Svendsena z Norwegii i Włocha Lukasa Hofera.