Omeltsjenko slo gjennom internasjonalt da han som 23-åring overraskende vant kortdistansen under VM i tyske Detmold i 1995. Han knep gullet foran sterke navn som Jörgen Mårtensson og Bjørnar Valstad. I 1998 vant Omeltchenko en etappe i femdagerskokurransen O-Ringen. Det var ukrainerens første av i alt to verdenscupseire. Han tok tre medaljer på to europamesterskap i 2000 og 2002. Deretter ble det sølv i VM langdistanse i sveitsiske Rapperswil i 2003 og en ny sølvmedalje i Sverige året etter. På sprinten i Västerås delte han sølvmedaljen med Håkan Eriksson. Niclas Jonasson vant. Ukraineren var en komplett løper, noe han beviste gjennom å ta internasjonal mesterskapsmedalje på sprint, kortdistanse (i dag mellomdistanse) og langdistanse.