Первоначально у Алёны на февраль 2009 года было запланировано выступление на Универсиаде, она входила в сборную команду. Однако после удачного выступления на чемпионате Европы решением Федерации фигурного катания Алёна была направлена на чемпионат мира среди юниоров 2009 года в Болгарию. В Софии Леонова была третьей после короткой программы, следом за грузинской фигуристкой Элене Гедеванишвили (1-е место) и американкой Эшли Вагнер (2-е), причём от второго места Алёну отделяла не очень большая разница в 2 балла. Считавшаяся одной из фавориток, другая американка, Кэролайн Чжан оказалась на очень низком для себя 10-м месте. В произвольной программе Чжан выступила очень хорошо — заняла первое место, Гедеванишвили ошибалась и опустилась на 11-е, а Эшли Вагнер упала при исполнении программы и проиграла Алёне, которая выступила отлично и улучшила свой лучший персональный результат (PB) почти на 3 балла, 5.61 балла. Таким образом Леонова, заняв в короткой программе 3-е место, а в произвольной 2-е, по сумме баллов оказалась чемпионкой мира среди юниоров. Так как Алёна показала наиболее стабильные высокие результаты из российских девушек, она была направлена и на «взрослый» чемпионат мира 2009 года, где у России было право выставить только одну спортсменку. В Лос-Анджелесе Леонова снова стала 11-й в короткой программе, а затем блестяще откатала произвольную и была 6-й. По сумме баллов став на этом чемпионате мира 7-й, а это очень хороший результат для дебютантки. Своим результатом Алёна Леонова вернула России право выставить на чемпионат мира 2010 года уже двух одиночниц, и завоевала для страны две путёвки на Олимпийские игры 2010. В конце сезона Алена выступила в составе сборной России на командном чемпионате мира, где стала шестой, среди двенадцати участниц.