코로나로 인해 1년 연기되어 2021년 일본도쿄에서 열린 2020년 하계 올림픽에 참가하면서 선수 경력 첫 올림픽에 출전했다. 여서정은 이 대회 여자 도마 종목에서 동메달을 획득했다.[3] 그녀는 예선에서 4위를 기록했고 결선에서 브라질의 헤베카 안드라지와 미국의 미케일라 스키너의 뒤를 이어 3위에 올랐다. 여서정의 동메달은 대한민국의 선수가 올림픽 여자 기계 체조 종목에서 처음으로 획득한 메달이다.[4] 또한 대한민국 최초로 아버지와 딸이 올림픽에서 메달을 획득한 '부녀(父女) 메달리스트'가 되었다.[3]
2023년에는 항저우에서 열리는 2022년 아시안 게임이 연기되면서 9월에 벨기에안트베르펜에서 열리는 2023년 세계 선수권 대회 일정과 겹치자 세계 선수권 대회 출전을 위해 아시안 게임 출전을 포기했다. 2023년 세계 선수권 대회 도마 종목에서 브라질의 안드리지와 미국의 시몬 바일스의 뒤를 이어 동메달을 획득하여 대한민국 여자 기계 체조 선수로는 최초로 세계 선수권 대회 메달을 획득했다. 또한 단체전에도 출전하여 최종 11위에 오르면서 2024년 하계 올림픽 여자 단체전 출전권을 획득했다.
