Protopopow zaczął jeździć na łyżwach stosunkowo późno, w wieku 15 lat, a jego trenerem była Nina Lepninskaja. W 1951 roku został wcielony do Floty Bałtyckiej, ale każdą przepustkę wykorzystywał na jazdę na łyżwach. Jego pierwszym partnerem był Margarita Bogoyavlenskaya, z którym zdobył srebrny medal na 1953 Soviet Championships.
Protopopov poznał Ludmila Belousova wiosną 1954 roku w Moskwie. Ona przeniosła się do Leningradu w 1955 roku i rozpoczął szkolenie z Protopopow w 1956 roku po jego absolutorium.Trenowali w VSS Lokomotiv i konkurował na arenie międzynarodowej dla ZSRR. Belousova i Protopopov byli trenowani początkowo przez Igora Moskvina, a następnie przez Pyotra Orlova, ale rozstali się z Orlovem po kilku nieporozumieniach. Następnie para trenowała bez trenera na lodowisku w Woskresieńsku, w obwodzie moskiewskim. W 1961 roku zdecydowali się na współpracę z Stanislavem Zhukiem, aby podnieść swoje umiejętności techniczne.
Belousova i Protopopov zadebiutowali na Mistrzostwach Świata w 1958 roku, zajmując 13. miejsce. Dwa lata później wystartowali na swoich pierwszych igrzyskach olimpijskich, zajmując 9. miejsce. W 1962 roku po raz pierwszy stanęli na podium Mistrzostw Świata, zdobywając srebrny medal. Byli pierwszą parą ze Związku Radzieckiego lub Rosji, która zdobyła medal światowy od czasu wprowadzenia tej dyscypliny na Mistrzostwach Świata w 1908 roku (wtedy startowały tylko trzy pary). Zdobyli również srebro na Mistrzostwach Europy, stając się drugą radziecką parą, która zdobyła medale po Nina Zhuk / Stanislav Zhuk (który zdobył srebro w latach 1958-1960).
Belousova i Protopopov pierwszy ważny międzynarodowy złoty medal przyszedł na Zimowych Igrzyskach Olimpijskich w 1964 roku. To było pierwsze olimpijskie złoto par dla Związku Radzieckiego. Belousova i Protopopov rozpoczęli czterdziestoletnią radziecką/rosyjską passę złotych medali w łyżwiarstwie parami, najdłuższą w historii sportów olimpijskich, od 1964 do 2006 r.
Belousova i Protopopov zdobyli swoje pierwsze złote medale na Mistrzostwach Świata i Europy w 1965 r., stając się tym samym pierwszą radziecką/rosyjską parą, która zdobyła te tytuły.
Zostali mistrzami olimpijskimi po raz drugi na Zimowych Igrzyskach Olimpijskich w 1968 roku. W wieku 32 i 35 lat, odpowiednio, byli jednymi z najstarszych mistrzów w łyżwiarstwie figurowym.
W następnym sezonie, zdobyli srebrny medal na Mistrzostwach Europy i brązowy na Mistrzostwach Świata jako Irina Rodnina rozpoczęła swoje panowanie z jej pierwszym partnerem, Alexei Ulanov. To były ostatnie występy pary na głównych konkursach międzynarodowych, ale będą nadal konkurować w ramach Związku Radzieckiego do 1972.
W sumie, Belousova i Protopopov zdobył dwa tytuły olimpijskie, a także zdobył medale osiem razy zarówno na Mistrzostwach Świata i Europy, w tym cztery kolejne World i European złote medale. Po wycofaniu się z zawodów, jeździli na łyżwach w pokazach i nadal to robią. We wrześniu 2015 roku odnowili swoją wieloletnią tradycję jazdy na łyżwach w charytatywnej wystawie w Bostonie, w stanie Massachusetts, nazwanej „Evening with Champions”.
Belousova i Protopopov przyczynili się do rozwoju łyżwiarstwa parami, między innymi wprowadzając trzy spirale śmierci – backward inside (BIDS), forward inside (FIDS) i forward outside (FODS), które nazwali odpowiednio Cosmic spiral, Life spiral i Love spiral. Dick Button stwierdził: „Protopopowie są wielkimi łyżwiarzami nie tylko dlatego, że byli najlepszymi z mistrzów olimpijskich, ale także dlatego, że ich twórczy wpływ był nadzwyczajny.”
.