Seinen endgültigen Durchbruch in die Weltspitze schaffte er bei den Schwimmweltmeisterschaften 2005 in Montréal, als er die Vorläufe als schnellster Schwimmer absolvierte und auch im Finale von niemandem zu stoppen war. Er gewann die 200 m Schmetterling mit neuem polnischen Rekord und verbesserte seine eigene Bestleistung um eine Sekunde. Der einzige Makel dieses Weltmeistertitels war, dass Michael Phelps bei dieser Strecke nicht antrat. Bei den Schwimmeuropameisterschaften 2006 in Budapest war Korzeniowski über 200 m Schmetterling der große Favorit und konnte überlegen den Europameistertitel gewinnen.