В сезоне 2008—2009, Чжан не смогла пройти в финал Гран-при, неудачно выступив на этапе в Канаде, заняв там пятое место. На чемпионате США она завоевала бронзовую медаль. На чемпионате четырёх континентов стала четвёртой. На чемпионате мира среди юниоров, являясь одной из фавориток, Кэролайн сорвала короткую программу и оказалась на десятом, очень низком для себя, месте. В произвольной программе она выступила блестяще, выиграла этот вид соревнований и смогла подняться на вторую ступеньку пьедестала. Летом 2009 года Кэролайн сменила тренера и перешла работать к Шарлин Вонг, у которой тренировалась одна из её основных соперниц — Мирай Нагасу.