Kauden 2004 Liu aloitti myös lupaavasti.Budapestin MM-hallikisoissa hän saavutti Allen Johnsonin takana hopeaa 60 metrin aidoissa ajalla 7,43. Toukokuussa hän juoksiOsakassa uuden Aasian ennätysajan 13,06.Ateenan olympialaisissa 21-vuotias Liu voitti olympiakultaa ajalla 12,91, mikä sivusiColin Jacksonin tuolloin 11 vuotta vanhaa maailmanennätystä. Voittonsa myötä hänestä tuli ensimmäinen kiinalainen yleisurheilunmiespuolinen olympiavoittaja. Olympiavoitto teki Liusta erittäin suositun hahmon kotimaassaan, ja hänen kunniakseen tuotettiin muun muassa teatterinäytelmä.Helsingin MM-kisoissa 2005 Liu saavutti hopeaa ajalla 13,08. Kulta meni maalikameran ratkaisun perusteellaRanskanLadji Doucourélle. Samana vuonna Liu voitti Aasian-mestaruuden ajalla 13,30.
11. heinäkuuta 2006 Liu juoksiIAAF:n Super Grand Prix-sarjaan kuuluvassaLausannenAthletissima-illassa silloisen uuden maailmanennätysajan 12,88. Kilpailu oli varsin kovavauhtinen, sillä myös toiseksi jäänytDominique Arnold alitti vanhan maailmanennätyksen.Dayron Robles rikkoi Liun maailmanennätyksen sadasosasekunnilla vajaat kaksi vuotta myöhemmin.
Kotiolympialaisissa 2008 Liu joutui keskeyttämään ensimmäisessä alkuerässä pitkäaikaisen akillesjännevamman vuoksi. Hän palasi kilparadoille 13 kuukauden tauon jälkeen 20. syyskuuta 2009 juoksemalla Shanghaissa käydyssä GP-kilpailussa toiseksi ajalla 13,15 s.[3] Myöhemmin samana vuonna hän voitti Aasian-mestaruuden ajalla 13,50.[4]Dohan sisäratojen MM-kilpailuissa 2010 hän sijoittui 60 metrin aitajuoksussa seitsemänneksi.Daegun MM-kilpailuissa 2011 Liu nousi hopealle, kun ensimmäisenä maaliin tullutDayron Robles hylättiin[5]. Samana vuonna hän voitti Aasian mestaruuskilpailut.[6]Istanbulin sisäratojen MM-kilpailuissa 2012 Liu saavutti hopeaa. Lontoon Olympialaisiin Liu lähti yhtenä suurimmista ennakkosuosikeista, mutta hän karsiutui jatkokierroksilta kaaduttuaan ensimmäisellä aidalla alkuerässään. Kaatumisen yhteydessä Liun akillesjännevamma uusiutui. Ennen lähtöään stadionilta Liu pomppi yhdellä jalalla koko matkan viimeiselle aidalle ja suuteli radan viimeistä aitaa. Colin Jackson kuvaili tätä näkyä erittäin surulliseksi hetkeksi lajille.