Ngày 25/11, Hoàng Thùy sang Atlanta, Georgia, Mỹ để tham dự Miss Universe 2019 sau khoảng nửa năm chuẩn bị. Ở sân bay, cô diện bộ váy hai dây gợi cảm do chính mình thiết kế, tự hào giơ cao lá cờ Việt Nam. Người đẹp chủ động sang sớm vài ngày để làm quen khí hậu, thời tiết. Á hậu có sự chuẩn bị kỹ lưỡng nhiều trang phục, phụ kiện cho lần chinh chiến này. Cô mang 12 kiện hành lý nặng hơn 200 kg. Vì ba thùng đựng trang phục dân tộc bị quá khổ nên người đẹp phải tốn thêm 2.000 USD (khoảng 46 triệu đồng) để mua hành lý ký gửi. Ngay từ ngày đầu nhập cuộc, Hoàng Thùy đã thể hiện quyết tâm cao độ giành vương miện Miss Universe đầu tiên cho Việt Nam. Cô xây dựng hình ảnh một cô gái sành điệu với trang phục cầu kỳ, thay đổi liên tục. Đại diện Việt Nam được đánh giá có nhan sắc góc cạnh ấn tượng, nét đẹp đậm chất Á Đông. Cô lọt vào nhiều khuôn hình của các nhiếp ảnh gia tại Miss Universe. Bạn cùng phòng của Hoàng Thùy là Emma Jenkins - Hoa hậu Anh. Trước khi sang Mỹ, Hoàng Thùy đã tự thiết kế một bộ váy để tặng cho bạn cùng phòng, dù chưa biết người đó là ai. Người đẹp Anh rất bất ngờ khi chiếc váy không cần đo mà vẫn vừa khít với vóc dáng của cô. Emma Jenkins nhận xét, Hoàng Thùy là người rất xinh đẹp, tài năng và có năng khiếu trong lĩnh vực thời trang. Xuyên suốt cuộc thi, người đẹp 27 tuổi luôn ăn vận lộng lẫy với những trang phục của các nhà thiết kế nổi tiếng trong nước như Đỗ Mạnh Cường, Chung Thanh Phong, Hoàng Hải... Hoàng Thùy tiết lộ, các thí sinh khác nhận xét cô là một người rất có phong cách. Với vốn tiếng Anh lưu loát sau nhiều năm rèn luyện và hoạt động người mẫu tại Anh, Hoàng Thùy tự tin trong các hoạt động. Cô thường xuyên chủ động chuyện trò trong các buổi tiệc, rủ các người đẹp khác selfie, livestream giao lưu cùng người hâm mộ... Sự tự tin đó cũng được Hoàng Thùy thể hiện ở phần phỏng vấn kín. Đây là một phần thi quan trọng quyết định đến điểm số của các thí sinh trong chung kết. Hoàng Thùy có phiên dịch viên hỗ trợ, tuy nhiên đa phần người đẹp vẫn tự trả lời bằng tiếng Anh. Trước bán kết, đại diện Việt Nam có dịp gặp gỡ và đọ sắc với đương kim hoa hậu Catriona Gray. Ở đêm bán kết tối 6/12, Hoàng Thùy tự tin vượt qua các phần thi bikini, trang phục dạ hội mà không gặp sự cố nào. Nhờ kinh nghiệm 8 năm làm người mẫu, thường xuyên đảm nhiệm vị trí vedette trong các show diễn trong nước, cô bước ra sân khấu với phong thái rạng rỡ, chuyên nghiệp. Cô sử dụng kỹ thuật "Bamboo walk" để trình diễn. Chiếc váy Hoàng Thùy chọn mặc trong bán kết là sáng tạo của NTK Công Trí dành riêng cho cô. Thiết kế có những khoảng hở táo bạo giúp Hoàng Thùy khoe vóc dáng. Cảm hứng của chiếc váy đến từ hoa giọt tuyết - loài hoa tưởng nhẹ nhàng, mong manh nhưng rất mạnh mẽ. Ở phần thi Trang phục dân tộc, Hoàng Thùy mang đến bộ "Cà phê phin sữa đá" với điểm nhấn ấn tượng là chiếc phin cà phê khổng lồ trên đầu và chiếc muỗng cầm ở tay. Trang phục khá nặng nhưng không làm khó Hoàng Thùy khi catwalk. Trong chung kết diễn ra sáng 9/12 (giờ Hà Nội), Hoàng Thùy được gọi tên vào top 20 chung cuộc. Khi giới thiệu về bản thân, người đẹp nói tiếng Anh trôi chảy, lưu loát. Cô còn đọc một câu châm ngôn yêu thích bằng tiếng Việt đó là "Có công mài sắt, có ngày nên kim". Việc Hoàng Thùy trượt top 10 khiến nhiều người hâm mộ tiếc nuối, tuy nhiên top 20 cũng là một thành tích tốt và đáng công nhận của đại diện Việt Nam ở đấu trường sắc đẹp hàng đầu thế giới. Hoàng Thùy vào Top 20 Miss Universe 2019 Hoàng Thùy được công bố vào top 20. Trang Shaelyn