Lors de la troisième manche de la Coupe du monde sur piste 2012-2013 à Aguascalientes, Zhong réalise un nouveau record du monde du 200 mètres départ lancé, en 10,573 secondes. Elle termine cinquième du tournoi de vitesse et deuxième de la vitesse par équipes avec Xu Yulei. Aux Jeux Asiatiques de l'Est 2013, elle remporte la médaille d'or du 500 mètres contre-la-montre.
En 2016, Zhong Tianshi et Gong Jinjie parviennent une nouvelle fois en finale de la vitesse par équipes, où elles réalisent le meilleur temps avant de se faire disqualifier pour un mauvais relais[2], provoquant la colère de leur coach français Benoît Vêtu[3]. Deux jours plus tard, opposée en finale à sa compatriote Junhong Lin, Tianshi décroche le titre en vitesse individuelle, une première pour une Chinoise dans la discipline reine de la piste[4]. Elle participe ensuite aux Jeux olympiques de Rio de Janeiro, où elle est engagée dans trois disciplines. Elle est 5e de la vitesse individuelle et 11e du keirinn. Avec Gong Jinjie, elle atteint la consécration olympique en remportant la médaille d'or en vitesse par équipes après avoir battu le record du monde en qualifications[5]. Néanmoins, ce record n'est pas homologué en tant que nouveau record du monde, car la piste du vélodrome ne faisait pas les 250 mètres nécessaires[6].
En 2017, elle ne participe à aucune compétition internationale. En 2018 et 2019, elle gagne plusieurs médailles aux championnats d'Asie.
Elle porte un pins à l’effigie de Mao Zedong, le fondateur de la République populaire de Chine, lors de la remise des médailles aux JO 2020. Le CIO ouvre une enquête à son encontre, le règlement interdisant les déclarations ou symboles politiques[7].
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