Setelah masuk pelatnas, Nova Widianto sempat merasa minder karena dia baru bergabung pada usia 21 tahun dan saat itu ada pemain-pemain yang seumuran dengannya, tapi sudah ada di peringkat atas ranking dunia.
Pada masa-masa awal kariernya di Pelatnas, Nova Widianto tidak langsung dipasangkan dengan Vita Marissa. Ia berpasangan dengan pemain lain dan belum dipercaya untuk bermain di turnamen internasional.
Namun, Nova Widianto berhasil mendapatkan kepercayaan Pelatnas setelah berjaya di berbagai ajang bulutangkis nasional. Setelah itu, ia baru dipasangkan dengan Vita Marissa di nomor ganda campuran.
Bersama Vita Marissa, Nova Widianto memenangkan medali emas SEA Games 2001, Kejuaraan Bulutangkis Asia 2003 dan Jepang Open 2004. Mereka juga sempat masuk ke final di beberapa turnamen internasional, namun tidak bisa meraih kemenangan.
Perjalanan Nova Widianto dan Vita Marissa harus berakhir pada 2004. Hal itu setelah Vita Marissa mengalami cedera bahu yang cukup parah dan harus menjalani perawatan sekira enam bulan. Setelah itu, barulah Nova Widianto dipasangkan dengan Lilyana Natsir alias Butet.
(Nova Widianto dan Liliyana Natsir, salah satu ganda campuran terbaik yang pernah dimiliki Indonesia)
Ternyata perjodohannya dengan Butet berhasil membuat kariernya semakin meningkat. Nova Widianto dan Butet langsung masuk ke semifinal China Open dan berhasil juara di Singapura Open di dua turnamen pertama mereka tersebut..
Nova/Butet benar-benar merajai nomor ganda campuran sejak saat itu. Mereka juara di berbagai ajang turnamen internasional dan menjadi pasangan ganda campuran nomor satu di dunia.
Mereka juara di Singapore Open 2004 dan 2006, Indonesia Open 2005, Chinese Taipei Open 2006, Korea Open 2006, China Open 2007, Filipina Open 2007 dan masih banyak lagi.