באליפות הפתוחה של ניו סאות' ויילס בפברואר 2008, קבע סאליבן במשחה ל-50 מטר חופשי שיא עולם חדש של 21.56 שניות, שיפור ב-8 מאיות השנייה לשיא בן 8 השנים של אלכסנדר פופוב. כחודש לאחר מכן הוא איבד את השיא לאלן ברנאר מצרפת, אולם כעבור שלושה ימים שבר אותו פעמיים במסגרת המבחנים האולימפיים של אוסטרליה והעמיד אותו על 21.28 שניות. שם הוא גם קבע את התוצאה השנייה בטיבה בעולם במשחה ל-100 מטר חופשי, 47.52 שניות.
באולימפיאדת בייג'ינג (2008) שבר סאליבן לראשונה את שיא העולם של אלן ברנאר במשחה ל-100 מטר חופשי כששחה בזמן של 47.24 שניות, כשחיין ראשון במשחה שליחים 4X100 מטר חופשי, בו נבחרת אוסטרליה זכתה במדליית ארד. שיאו העולמי החזיק מעמד שלושה ימים עד שברנאר שיפר אותו בארבע מאיות השנייה במקצה הראשון בשלב חצי הגמר, אולם דקות ספורות לאחר מכן הוא החזיר לעצמו את שיא העולם כשניצח במקצה השני בתוצאה של 47.05 שניות. בשלב הגמר הוא לא הצליח לשחזר את הצלחתו וזכה במדליית כסף לאחר שהפסיד לברנאר. הוא זכה במדליית כסף במשחה שליחים 4x100 מטר מעורב כששחה את סגנון החופשי. בנוסף, הוא סיים במקום שישי במשחה ל-50 מטר חופשי.
באליפות אוסטרליה ב-2011 זכה רק במדליית הארד במשחה 100 מטר חופשי (בזמן של 48.89 שניות),[1] אחרי השחיינים הצעירים ג'יימס מגנוסן וג'יימס רוברטס ובמקום החמישי ב-50 מטר (22.40 שניות) ,[2] ובשל כך איבד את המקום במשחים האישיים באליפות העולם בשחייה 2011. אולם הוא שולב בנבחרת עבור משחי השליחים. והשתתף, יחד עם מגנוסן, מט טרגט, ומתיו עבוד במשחה 4x100 מטר חופשי. הוא שחה את החלק האחרון במשחה, ולמרות שיריביו צימצמו את הפער שקודמיו פתחו, הוא הצליח לשמור על היתרון עד הסוף, ולהוביל את אוסטרליה למדליית זהב לפני צרפת וארצות הברית.
באולימפיאדת לונדון (2012) סיים סאליבן במקום שמיני במשחה ל-50 מטר חופשי בתוצאה של 21.98 שניות, בשלב חצי הגמר הוא קבע תוצאה של 21.88 שניות ובמקום רביעי במשחה שליחים 4x100 מטר חופשי בתוצאה של 3:11.63 דקות, 22 מאיות השנייה איטי ממדליית ארד, כשחיין שלישי הוא שחה ב"זינוק שליחים" בתוצאה של 47.68 שניות.
