Их спортивные успехи начались одновременно. В 1978 году Василий выполнил норматив мастера спорта, а Сергей занял четвертое место на Всесоюзной спартакиаде школьников в Ташкенте, соревнуясь с ребятами на два-три года старше. Это была своеобразная тренерская хитрость. Бубка постоянно должен был к кому-то подтягиваться и кого-то догонять, чтобы не стоять на месте. Они с наставником жаждали самых высоких достижений. Для этого было нужно поставить самое главное – прыжок. Сергей от природы был гибким и сильным: свободно чувствовал себя на перекладине и ловко управлялся с большим шестом. Но нужно было развивать еще и скорость. Ежедневных занятий со штангой было недостаточно. Поэтому Петров пригласил поработать со своим воспитанником заслуженного тренера Украины по спортивной гимнастике А. Соломахина. Это принесло большую пользу. Бубка овладел своим телом в высшей фазе полета именно благодаря гимнастике.
В 1979 году в жизни братьев наступил перелом. Вслед за тренером они переехали в Донецк, где была солидная база для подготовки шестовиков. Постепенно мальчики привыкли к самостоятельности: жили в общежитии, заботились сами о себе. На первых порах с деньгами было туго, приходилось экономить. Однажды Сергей поразил своих новых одноклассников тем, что, как запасливая домохозяйка, купил в школьной столовой дюжину пакетов молока. Но когда они узнали об особенностях быта, удивляться перестали.
Большую поддержку братьям оказал тогда их наставник и его жена: они как бы на время заменили мальчикам родителей – в трудные моменты подкармливали, одевали и даже лечили Сергея и Василия, чтобы ребята имели возможность спокойно тренироваться. График тренировок был настолько плотным, что уроки Сергей учил прямо в трамвае, по пути из школы в спортзал и обратно. Несмотря на это, школу он окончил без троек, а учителя были уверены, что такой голове место не в спорте. Но Бубка считал, что профессором стать никогда не поздно, а пока он был подающим надежды шестовиком.
В 1980 году Сергей стал чемпионом страны среди юношей, выполнив норматив мастера спорта – 5 м 10 см. Потом, успешно пройдя еще несколько стартов, заслужил благосклонность наставников молодежной сборной СССР. После недолгих раздумий они включили Бубку в команду для поездки на турнир легкоатлетов социалистических стран, проводившийся на Кубе. Отсюда и начался опыт международных соревнований знаменитого легкоатлета. Не всегда они были успешными, как, например, чемпионат Европы среди юниоров в Цюрихе, где Сергей занял лишь 7-е место из-за проблем с шестом. Страшно представить, но спортивные функционеры собирались поставить на нем крест, да тренер отстоял. Игорь Тер-Ованесян, главный наставник сборной, взял всю ответственность на себя.
Самолюбие не позволяло Бубке сдаваться. Выполнив норматив мастера спорта международного класса и заняв второе место на взрослом чемпионате страны, он был зачислен в сборную легкоатлетов СССР. После нескольких проверочных стартов в Ленинграде и в Таллинне, где был установлен личный рекорд – 5 м 72 см, – его первый в истории чемпионат мира по легкой атлетике. Соперники в Хельсинки оказались все как на подбор опытные и титулованные – мировые рекордсмены Т. Виньерон, Б. Олсон, Д. Бэкинхэм, В. Поляков и обладатель Кубка мира К. Волков. Никто из руководства сборной даже не рассчитывал, что Бубка возьмет медаль, на соревнования посылали «обстреляться». Но звездный час спортсмена уже наступил, и первое «золото» мира 1983 года заблестело на его груди. По окончании выступлений журналисты жаждали познакомиться с никому не известным дебютантом, но, к своему удивлению, не увидели его на прессконференции. А Бубка просто еще не знал, что он должен там быть, и спокойно уехал в гостиницу. За него на каверзные вопросы журналистов отвечал серебряный призер К. Волков.
Однако, несмотря на громкий титул, еще целый год Бубка вынужден был доказывать, что награда его не случайна. Шаг за шагом Сергей приближался к покорению мирового рекорда – 5 м 83 см. Наконец, в США, во время участия в «Играх под крышей» – серии турниров, организованных Американским атлетическим конгрессом, – ему это удалось. Три победы из четырех возможных, высшее мировое достижение, звание лучшего зарубежного спортсмена зимнего легкоатлетического сезона Америки – с такими итогами возвращался домой юный шестовик. И все это стало возможным, даже несмотря на суровые условия, в которых проводились соревнования, отсутствие привычных дорожек для разбега и многочасовые перелеты, только благодаря чрезвычайной выносливости и атлетической подготовке Сергея. «Лос-Анджелес таймс» писала: «Бубка – феноменальный прыгун, просто непостижимый. Он представитель нового будущего поколения шестовиков. Он заставляет нас пересмотреть устоявшиеся представления о самих возможностях человека. Если кому-то и посчастливится покорить в ближайшем будущем 6-метровую высоту, то Бубка – претендент номер один».