W 2009 roku na mistrzostwach świata w Berlinie po raz kolejny stanął do walki o mistrzowski medal na dystansie 10 000 metrów. Głównym faworytem do zdobycia złota był etiopski długodystansowiec, trzykrotny mistrz olimpijski i czterokrotny mistrz świata, Kenenisa Bekele. Tadese mimo fantastycznego początku i prowadzenia przez ponad 3/4 dystansu, nie zdołał jednak swej pozycji utrzymać do końca. Na finiszu, przy ostatnim okrążeniu obrońca tytułu okazał się lepszy i to on został po raz piąty w swej karierze mistrzem świata. Zersenay Tadese wybiegał sobie na berlińskim stadionie wicemistrzostwo świata, które zdobył po raz pierwszy. Wpisał się tym samy na karty historii erytrejskiej, jak i światowej lekkoatletyki, bowiem dotąd żaden reprezentant tego afrykańskiego kraju nie zdobył srebrnego medalu na imprezie rangi mistrzowskiej. Po raz kolejny zwyciężył w mistrzostwach świata w półmaratonie w 2009 w Birmingham. 21 marca 2010 w Lizbonie Tadese ustanowił rekordy świata w biegu na 20 kilometrów i półmaratonie czasami, odpowiednio, 55:21 i 58:23. Wynik na 20 kilometrów jest aktualnym (lipiec 2021) rekordem świata. Tadese zdobył srebrny medal na mistrzostwach świata w półmaratonie w 2010 w Nanningu.