Med sine 180 cm var han en relativt lille hammerkaster, men kompenserede for dette med en enorm styrke. Sammen med landsmanden Jurij Siedykh var han den bedste hammerkaster i 1980'erne,[1] og de to dominerede da også denne disciplin ved OL 1980 på hjemmebane i Moskva. Sedykh var forsvarende mester fra legene fire år tidligere, og sammen med Litvinov og endnu en sovjetisk kaster, Jurij Tamm, var de bedst i indledende runde, hvor Sedykh satte olympisk rekord med 78,22 m. I finalen satte Sedykh verdensrekord i første kast med 81,80 m, mens Litvinov kastede 80,64 m og Tamm 77,84 m. Af de tre var det kun Tamm, der senere forbedrede sig, men kun til 78,96 m, hvilket betød, at Sedykh fik guld, Litvinov sølv og Tamm bronze.[2]
Litvinov vandt bronze ved EM 1982 og guld ved det første VM i atletik i 1983, men da Sovjetunionen boykottede OL 1984 i Los Angeles, kunne han ikke hente medalje der. I stedet vandt han bronze i det alternative Friendship Games samme år, og i 1986 vandt han EM sølv, mens han i 1987 genvandt VM-titlen.[1] Ved OL 1988 i Seoul stod medaljekampen igen mellem Litvinov, Siedykh og Tamm, og her var Litvinov bedst i indledende runde foran Tamm og Siedykh. I finalen var kastede Litvinov en imponerende serie på seks kast, der alle kom over 83,50 m med bedste kast på 84,80 m, hvilket var nok til guld, mens Siedykhs bedste kast var på 83,76 m, hvilket var nok til sølv, mens Tamms bedste forsøg på 81,16 m igen sikrede ham en bronzemedalje.[3]
Herefter indstillede Litvinov sin karriere; men i 1993 forsøgte han sig igen (nu under russisk flag) for at deltage i VM samme år. Inden VM vandt han det russiske mesterskab med 82,16 m og var derfor regnet blandt favoritterne; skuffende for ham lykkedes det ham kun at blive nummer seks ved VM.[1]
I løbet af sin karriere satte verdensrekord tre gange Litvinov.[4]
Senere karriere
Litvinov arbejdede senere som hammerkasttræner, først i Rusland, senere i Tyskland. Hans søn, Sergej Sergejevitj Litvinov, blev også en fremtrædende hammerkaster og med dobbelt statsborgerskab stillede han op først for Tyskland og senere for Rusland; han vandt bronze ved EM 2014.[1]
