Mit der Zeit mehrten sich bei Alexander Popow die Verletzungsprobleme. Als er bei den Weltmeisterschaften 2001 in Fukuoka auf einen Start verzichtete, schien der Abschied vom Leistungssport gekommen zu sein. Bei der Europameisterschaft ein Jahr später konnte Popow zwar über 100 m Freistil ein Comeback feiern, jedoch schien ihm sein Rivale aus den Niederlanden endgültig enteilt. Mit einer ansprechenden Zeit von 48,94 Sekunden reichte es wieder nicht zum Sieg, da ein glänzend aufgelegter Pieter van den Hoogenband seinen eigenen Weltrekord nur um zwei hundertstel Sekunden verfehlte und somit über eine Sekunde schneller war als Popow. Doch 2003 bei den Welttitelkämpfen von Barcelona kehrte Alexander Popow mit einem Paukenschlag zurück. An der Stätte seines ersten großen Triumphes gewann er wie in seinen besten Zeiten vor seinem schärfsten Konkurrenten van den Hoogenband die Goldmedaillen über 50 m und 100 m Freistil. Damit holte er sich insgesamt seine Einzelmedaillen fünf und sechs bei Weltmeisterschaften (5× Gold; 1× Silber).