Im Jahr 2008 gewann sie in Kiew zum fünften Mal die Europameisterschaft, dabei zum zweiten Mal im Einzelwettbewerb. In 2009 und 2010 bei den Europameisterschaften errang Welikaja drei Silbermedaillen.
2010, bei der WM in Paris, gewann sie ihre zweite WM-Medaille im Einzel – Bronze. Mit der russischen Mannschaft gewann sie Gold im Finale gegen die Ukraine und wurde damit zum zweiten Mal Mannschaftsweltmeisterin.
Im darauf folgenden Jahr bei der WM in Catania, gewann sie das erste WM-Gold im Einzel und das dritte Mal Gold im Mannschaftswettbewerb. Bei der Europameisterschaft in Sheffield gewann sie mit der Mannschaft Bronze. Im Frühjahr 2012 in Kiew gewann Welikaja erneut mit der Mannschaft die Weltmeisterschaft, im Juni gewann die Mannschaft ebenfalls bei den Europameisterschaften in Italien. Sie errang somit seit 2003 vierzehn Medaillen bei Europameisterschaften und zehn bei Weltmeisterschaften.
Ihre ersten Olympischen Spiele waren im Jahr 2008 in Peking. Im Einzel gewann Welikaja die ersten drei Runden und das Viertelfinalgefecht gegen die Chinesin Tan Xue mit einer Punktzahl von 15:9. Im Halbfinale traf sie auf die amerikanische Fechterin Sada Jacobson und verlor mit einer Punktzahl von 11:15. Im Gefecht um die Bronzemedaille traf sie auf eine weitere US-Amerikanerin Rebecca Ward und verlor in einem erbitterten Kampf knapp mit 14:15. Die russische Nationalmannschaft schied bereits im Viertelfinale gegen die späteren Olympiasieger aus der Ukraine mit einer Punktzahl von 34:45 aus dem Mannschaftswettbewerb aus.
Bei den Olympischen Spielen in London gewann Welikaja im Viertelfinale mit einer Punktzahl von 15:12 gegen die Ukrainerin Olha Charlan. Im Finale verlor sie gegen die koreanische Fechterin Kim Ji-yeon mit 9:15 und erhielt Silber.