Under VM i Falun 2015 var Kallas första distans skiathlon där hon bildade en tätgrupp med Therese Johaug och Astrid Jacobsen som drog ifrån resten av fältet. När de tre åkte upp för mördarbacken för sista gången gjorde Therese Johaug guldrycket och Charlotte Kalla slutade på tredjeplats. På 10 km fristil under VM i Falun 2015 vann Kalla guldet överlägset med 41 sekunder före tvåan Jessie Diggins. Kalla tog också under mästerskapet silver på stafetten där hon gjorde en mycket bra andrasträcka för Sverige och körde i kapp Norge. Hon fick köra andrasträckan på grund av att de klassiska banorna var jobbigare än skatebanorna och att Norge hade sitt starkaste kort där genom Therese Johaug. Kalla avslutade VM i Falun 2015 med att ta ett brons på 30 km klassisk stil där hon såg ut att tappa kampen om medaljerna men kom tillbaka och tog brons efter Therese Johaug och Marit Björgen. Charlotte Kalla kammade totalt hem fyra medaljer från hemma-VM.