Ruski atlet je pustil globoke sledi v kraljici športov. Na olimpijskih igrah v Seulu 1988 je osvojil zlato medaljo (84,80 m). Štiri leta pred tem je bil v Moskvi srebrn, v Los Angelesu pa zaradi bojkota Sovjetske zveze ni nastopil. Leta 1983 je v Helsinkih postal svetovni prvak (82,68 m), naslov je ubranil tudi štiri leta pozneje v Rimu (83,06 m).

Nepozabni so bili boji z Jurijem Sedihom. Še posebej na evropskem prvenstvu leta 1986 v Stuttgartu, kjer je Sedih postavil svetovni rekord 86,74 metra, ki še vedno velja in ga bo zelo težko izboljšati.

Litvinov je postavil tri svetovne rekorde, junija 1983 je kladivo vrgel 84,14 metra. Njegov osebni rekord je bil kar 86,04 (3. julija 1986 na mitingu v Dresdnu), kar je drugi dosežek vseh časov.

Po koncu kariere je bil trener metalcev kladiva. Številne uspehe je dosegel z Ivanom Tihonom, zelo uspešno pa je vodil tudi sina Sergeja, ki je na evropskem prvenstvu v Zürichu leta 2014 osvojil bron.