Zum Beginn der Saison 2017 gewann Mladenovic zusammen mit Richard Gasquet den Hopman Cup in Perth. Im Endspiel setzten sie sich gegen die US-Amerikaner Coco Vandeweghe und Jack Sock durch, wobei Mladenovic jedoch ihre Einzelpartie verlor. Nach dem Einzug ins Halbfinale der Australian Open 2017, gab Mladenovic das Ende ihrer Zusammenarbeit mit Garcia bekannt. Beide gaben an, sich fortan mehr auf ihre Einzelkarrieren fokussieren zu wollen. Tatsächlich konnte Mladenovic beim ersten WTA-Turnier nach den Australian Open in St. Petersburg ihren ersten WTA-Einzeltitel gewinnen, nachdem sie im Endspiel Julija Putinzewa schlagen konnte. Der Triumph erwies sich als Initialzündung für Mladenovic, die in den folgenden Monaten mit konstant guten Leistungen in die erweiterte Weltspitze des Damentennis vorstieß. So erreichte sie drei weitere Endspiele in Acapulco, Stuttgart sowie beim Premier-Mandatory-Turnier in Madrid, konnte jedoch keines für sich entscheiden. Außerdem gelangte sie bei den French Open zum zweiten Mal in ein Grand-Slam-Viertelfinale, unterlag aber Timea Bacsinszky. Auf die starken Resultate der ersten Saisonhälfte, in der sie Siege gegen fünf Top-10-Spielerinnen erzielen konnte, folgte in der zweiten jedoch ein vollkommener Formeinbruch. Nach dem Erreichen der zweiten Runde in Washington, konnte Mladenovic keines ihrer verbleibenden zehn Saisonspiele gewinnen. Trotzdem wurde sie im Oktober erstmals unter den Top 10 der Welt geführt und qualifizierte sich für die WTA Elite Trophy in Zhuhai. Auch dort verlor sie gegen Magdaléna Rybáriková und Julia Görges beide Matches und schied in der Gruppenphase aus.