Három versenyszámban is részt vett az 1932-es Los Angeles-i olimpián. Tilly tagja volt a négyszer százas német váltónak, mely a hatodik helyen zárt. A diszkoszvetés számában negyedik lett, míg gerelyhajításban bronzérmet szerzett. Négy évvel később, a berlini olimpián már csak a gerelyhajítás versenyén szerepelt. Itt - 45,18 méteres új olimpiai rekorddal[1] - lett bajnok, megelőzve honfitársát, Luise Krüger, valamint a lengyel Maria Kwaśniewskát.
Miután visszavonult az atlétikából kézilabdázott. 1943-ban német bajnoki címet szerzett a klubjával, az Eintracht Frankfurttal.
