自從1997年我國跳水實行選拔制度后，周義霖等一批有實力無名氣的運動員參加大賽的機會多了起來，尤其是一些成名老將如熊倪等宣布退役，更給了新手們展示自己的空間。此后的一年多時間里，周義霖不斷在國內(nèi)外的各種比賽中創(chuàng)出佳績，開始與世界級選手薩烏丁抗衡，成為國際跳壇的一顆耀眼新星。

在1998年舉行的第十三屆曼谷亞運會上，周義霖最后一跳，跳出了89.760的全場最高分，一舉超過在上一輪還領(lǐng)先自己2分多的世界冠軍余卓成，最后奪得冠軍。

2016年7月18日，中國跳水隊里約奧運名單公布，周義霖入選。

曾獲得第九屆和第十屆世界杯跳水賽團體冠軍、第十三屆亞運會三米板冠軍、第十一屆世界杯跳水賽一米跳板冠軍及男子團體冠軍。

在嶄露頭角的同時，周義霖卻遇到一個令他無法回避的問題，多年從事跳水運動使他傷病纏身。1998年他因腰傷發(fā)作而全身僵成弓形，疼痛難忍，而為了參加比賽，他一次就注射兩針封閉。1999年上半年，“懼水癥”又開始向他襲來，一上跳板就頭暈目眩，還曾經(jīng)昏倒過一次。2000年，自知狀態(tài)不佳的周義霖退出了國家隊。