Pierwszy sukces w karierze Elizabeth Armitstead osiągnęła w 2005 roku, kiedy na torowych mistrzostwach świata juniorów zajęła drugie miejsce w scratchu. W latach 2007–2008 zdobyła pięć medali mistrzostw Europy U-23, w tym trzy złote: w scratchu (2007 i 2008) oraz drużynowym wyścigu na dochodzenie (2008). Na mistrzostwach świata w Pruszkowie w 2009 roku wspólnie z Joanną Rowsell i Wendy Houvenaghel wywalczyła złoty medal w drużynowym wyścigu na dochodzenie. Na tych samych mistrzostwach Armitstead była druga w scratchu, w którym lepsza była tylko Kubanka Yumari González, a w wyścigu punktowym była trzecia, ulegając tylko Włoszce Giorgii Bronzini i ponownie González. Kolejne dwa medale zdobyła na mistrzostwach świata w Kopenhadze w 2010 roku: razem z Rowsell i Houvenaghel była druga w drużynowym wyścigu na dochodzenie, a indywidualnie zajęła drugie miejsce w omnium, przegrywając tylko z Tarą Whitten z Kanady. Ponadto Elizabeth zdobyła srebrny medal w szosowym wyścigu ze startu wspólnego na igrzyskach Wspólnoty Narodów w Nowym Delhi w 2010 roku. 26 września 2015 r. zdobyła złoty medal ze startu wspólnego elity kobiet na Mistrzostwach Świata w kolarstwie szosowym w amerykańskim Richmond.