Наставила је са тренинзима и први пут се такмичила на Олимпијским играма 1952. у Хелсинкију, када јој је била 31 година. Освојила је четири медаље: злато у партеру, сребро у екипној конкуренцији и бронзу у екипном такмичењу у ритмичкој гимнастици (која је тек 1984. постала посебна олимпијска дисциплина). Келети је наставила даље до Светског првенства 1954. године, где је победила на двовисинском разбоју, поставши светска шампионка. На Летњим олимпијским играма 1956. у Мелбурну Келети је освојила шест медаља, укључујући златне медаље у три од четири појединачна финала: партер, разбој и греда, чиме се пласирала на друго место у вишебоју. Проглашена је за најуспешнијег спортисту ових Игара. Мађарска екипа се пласирала на прво место у ритмичкој гимнастици, а друго у екипном такмичењу. У доби од 35 година, Келети је постала најстарија женска гимнастичарка која је икад освојила злато. Током Олимпијских игара 1956. Совјетски Савез је напао Мађарску. Заједно са још 44 спортиста из мађарске делегације Агнес Келети је одлучилао да остане у Аустралији и добила је политички азил. Постала је тренер аустралијских гимнастичара.