Tháng 6/2015, Cao Thị Thùy Trang tốt nghiệp Học viện Cảnh sát Nhân dân với chuyên Cảnh sát điều tra, được phân công công tác tại Đội Cảnh sát Hình sự, Công an huyện Can Lộc (Hà Tĩnh). Mặc dù thời gian đầu, gặp không ít khó khăn khi là cán bộ nữ công tác trong lực lượng Cảnh sát hình sự, song được sự giúp đỡ, dìu dắt của đồng đội cũng như sự nỗ lực phấn đấu không ngừng của bản thân, Thượng úy Cao Thị Thùy Trang đã khẳng định được bản thân, góp phần không nhỏ vào nhiệm vụ đấu tranh với các loại tội phạm trên địa bàn.
Do yêu cầu công tác trong tình hình mới, gần đây Thượng úy Cao Thị Thùy Trang được điều động công tác tại Đội Tổng hợp, Công an huyện Can Lộc và là Chủ tịch Hội phụ nữ Công an huyện Can Lộc kiêm Ủy viên BCH Chi đoàn Công an huyện.
Trong quá trình công tác, đặc biệt là thời gian công tác tại Đội Cảnh sát hình sự, Thượng úy Trang không chỉ hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ đấu tranh trực diện với các loại tội phạm hình sự trong các lĩnh vực như trộm cắp tài sản, lừa đảo chiếm đoạt tài sản qua mạng xã hội, tội phạm tín dụng đen, đánh bạc… bản thân chị còn có nhiều sáng kiến trong việc xây dựng các chương trình, kế hoạch để góp phần nâng cao hiệu quả đấu tranh, phòng chống tội phạm trên địa bàn. Trong đó, đã xây dựng các chuyên đề: “Phụ nữ với phòng, chống bạo lực gia đình”; “Đẩy mạnh công tác phòng ngừa, kiềm chế gia tăng tội phạm”; trực tiếp tham gia tuyên truyền, phổ biến pháp luật về phòng chống vi phạm pháp luật nói chung và vi phạm pháp luật về pháo nổ cho hơn 12.000 lượt học sinh, đoàn viên thanh niên các xã, thị trấn; tuyên truyền pháp luật về phòng chống bạo lực gia đình cho hơn 2.000 phụ nữ tại các xã trên địa bàn huyện Can Lộc và các huyện Nghi Xuân, Vũ Quang.
Thượng úy Cao Thị Thùy Trang còn tích cực tham gia các phong trào do Đoàn Thanh niên, Hội phụ nữ tổ chức như: chương trình hiến máu tình nguyện, văn nghệ, thể dục, thể thao, chương trình “Bát cháo tình thương”; tham gia Câu lạc bộ Phụ nữ Công an Hà Tĩnh với pháp luật do Hội Phụ nữ Công an Hà Tĩnh thành lập; tổ chức nấu cơm hỗ trợ nhân dân và lực lượng chức năng làm nhiệm vụ tại các khu cách ly tập trung, ủng hộ lương thực, thực phẩm, đồng hành cùng chính quyền địa phương phòng chống dịch bệnh COVID-19...
Thượng úy Thùy Trang cũng tích cực tham gia và đạt giải cao các cuộc thi như Báo cáo viên giỏi cấp tỉnh năm 2021; cuộc thi tìm hiểu 75 năm Ngày truyền thống CAND Việt Nam (19/8/1945 - 19/8/2020) và 15 năm Ngày hội toàn dân bảo vệ ANTQ (19/8/2005 - 19/8/2020) của Bộ Công an; cuộc thi Đại sứ văn hóa đọc của Bộ Công an...
Năm 2020, Thượng úy Cao Thị Thùy Trang được vinh danh là một trong những gương mặt Thanh niên Công an Hà Tĩnh tiêu biểu. Với những thành tích xuất sắc trong quá trình công tác, Thượng úy Cao Thị Thùy Trang vinh dự là cá nhân duy nhất của tỉnh Hà Tĩnh được Trung ương Đoàn TNCS Hồ Chí Minh tuyên dương là “Cán bộ, công chức, viên chức trẻ giỏi toàn quốc năm 2021” (lần thứ VIII).
Giải thưởng “Cán bộ, công chức, viên chức trẻ giỏi toàn quốc” được Trung ương Đoàn tổ chức, nhằm vinh danh những gương mặt tiêu biểu, có nhiều thành tích xuất sắc trong tham gia cải cách hành chính; nhiều sáng kiến, sáng tạo trong lao động, sản xuất được triển khai trong các cơ quan, đơn vị; tiêu biểu trong thực hiện đạo đức công vụ, xây dựng văn minh công sở, trong triển khai phong trào “3 trách nhiệm”.
Năm 2021, từ 250 hồ sơ đề cử của 47 đơn vị trong cả nước gửi về, Ban Bí thư Trung ương Đoàn đã quyết định tuyên dương 44 gương đạt giải thưởng Cán bộ, công chức, viên chức trẻ giỏi toàn quốc. Lễ tuyên dương dự kiến được tổ chức vào tối 6/1/2022 tại Hà Nội.
Thượng úy Công an đoạt giải thưởng “Cán bộ công chức trẻ giỏi” toàn quốc 
