Podczas igrzysk olimpijskich w Rzymie zwyciężyła w konkurencji 200 m żabką, ustanawiając nowy rekord świata (2:49,5). Płynęła także w sztafecie 4 × 100 m stylem zmiennym, która w finale zajęła piąte miejsce[1]. W tym samym roku została uznana za najlepszą brytyjską sportsmenkę, tytuł ten zdobyła także dwa lata później[2].
W sierpniu 1962 roku na mistrzostwach Europy w Lipsku wywalczyła trzy medale. Lonsbrough była najlepsza w swojej koronnej konkurencji, 200 m stylem klasycznym i została wicemistrzynią Europy na dystansie 400 m stylem zmiennym. Brała również udział w wyścigu sztafet 4 × 100 m stylem zmiennym, w którym Brytyjki zajęły trzecie miejsce[4].
Kilka miesięcy później, podczas igrzyska Imperium Brytyjskiego i Wspólnoty Brytyjskiej w Perth zdobyła cztery medale: złoto w konkurencjach 110 i 220 yd stylem klasycznym oraz 440 yd stylem zmiennym. Angielska sztafeta zmienna 4 × 110 yd uplasowała się na drugiej pozycji[2].