En 1986 estableció sus primeros récords del mundo. Primero el 25 de mayo igualó en Sofía el récord de su compatriota Lyudmilla Andonova con 2,07, y seis días más tarde superaba esta marca en un centímetro dejándola en 2,08.
En 1987, tras revalidar a principios de año sus títulos europeo y mundial en pista cubierta, llegó el gran momento de su carrera, el 30 de agosto en los Campeonatos del Mundo al aire libre celebrados en Roma. Siendo la mejor con diferencia, tras obtener la medalla de oro, colocó el listón a una altura de 2,09 y logró superarlo, batiendo su propio récord mundial, un récord que más de veinte años después aún no ha sido superado por nadie.
En 1988 sufrió la decepción de no poder ganar la medalla de oro en los Juegos Olímpicos de Seúl, donde era la gran favorita. Sin embargo no pudo pasar de 2,01 (pese a que tres semanas antes había saltado 2,07 en Sofía) y se vio sorprendida por la estadounidense Louise Ritter que saltando esa misma altura, lo hizo en menos intentos, por lo que Ritter ganó el oro y Kostadinova la plata. El bronce fue para la rusa Tamara Býkova.
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