Ещё раз поменяв гражданство, в составе команды Украины Ефремова становится одной из ключевых биатлонисток. В 2006 году Лилия Ефремова достигает вершины своей карьеры — завоёвывает бронзовую медаль Зимних Олимпийских игр в Турине. В сборных Беларуси и Украины тренировалась под руководством своего супруга Константина Вайгина.