Bei den Nordischen Junioren-Skiweltmeisterschaften 2011 und 2012 gewann Ustjugow insgesamt fünfmal Gold und einmal Silber. Im Januar 2013 feierte er dann sein Weltcupdebüt in La Clusaz, bevor er sich einige Tage später in Sotschi mit dem vierten Rang seinen ersten Top-Ten-Platz im Weltcup sicherte. Kurz darauf holte er als Schlussläufer der russischen Langlaufstaffel die Bronzemedaille bei den Nordischen Skiweltmeisterschaften 2013 im Val di Fiemme. In der Saison 2013/2014 konnte er in Davos mit einem dritten Rang im Freistilsprint seinen ersten Podestplatz und in Nové Město schließlich seinen ersten Weltcupsieg – ebenfalls im Freistilsprint – feiern. Bei den U23-Weltmeisterschaften 2014 in Val di Fiemme holte er Gold im Sprint und Silber über 15 km klassisch. Den fünften Platz belegte er bei den Olympischen Winterspielen 2014 in Sotschi im Sprint. Die Saison beendete er auf dem 11. Platz im Gesamtweltcup und dem sechsten Rang in der Sprintwertung. In der Saison 2014/15 gewann er in Otepää zusammen mit Alexei Petuchow im Teamsprint und belegte in Rybinsk den dritten Platz über 15 km Freistil sowie den zweiten Rang im Sprint. Bei den Nordischen Skiweltmeisterschaften 2015 in Falun kam er auf den 28. Rang über 15 km Freistil und den 16. Platz im Sprint. Die Saison beendete er auf dem sechsten Platz im Sprintweltcup und dem zweiten Rang in der U23-Wertung. Nach Platz 21 zu Beginn der Saison 2015/16 bei der Nordic Opening in Ruka errang er bei der Tour de Ski 2016 den dritten Platz. Dabei belegte bei den Sprintetappen in Lenzerheide und in Oberstdorf jeweils den zweiten Platz. Beim folgenden Weltcup in Nové Město kam er mit dem dritten Platz über 15 km Freistil und dem zweiten Rang mit der Staffel erneut aufs Podest. Im Februar 2016 holte er in Falun im 15 km Massenstartrennen seinen zweiten Weltcupsieg im Einzel. Zum Saisonende wurde er bei der Ski Tour Canada Zweiter in der Gesamtwertung. Dabei kam er fünfmal aufs Podium und holte zwei Siege. Er erreichte damit den sechsten Platz im Sprintweltcup, den fünften Rang im Distanzweltcup und den vierten Platz im Gesamtweltcup.
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