Danach qualifizierte er sich in mehreren Wettkämpfen als Herausforderer des Weltmeisters Bobby Fischer. Nachdem er zunächst Polugajewski (5,5:2,5) und danach Boris Spasski (7:4) ausgeschaltet hatte, schlug er im Finale der Kandidatenwettkämpfe seinen Landsmann Viktor Kortschnoi mit 12,5:11,5. Als Fischer zur Titelverteidigung 1975 nicht antrat, wurde Karpow am 3. April 1975 zum Weltmeister erklärt. In den folgenden Jahren spielte er sehr viele Turniere, um seinen Anspruch als bester Schachspieler der Welt zu untermauern. 1976 gewann er erstmals die UdSSR-Meisterschaft. Seinen Weltmeistertitel verteidigte er zweimal (1978 in Baguio und 1981 in Meran) erfolgreich gegen Kortschnoi. Nach der zweiten Verteidigung wurde Karpow der Leninorden verliehen. Diese Wettkämpfe fanden in einer sehr angespannten Atmosphäre statt, da Karpow als linientreuer Vertreter der Sowjetunion galt, während Kortschnoi als Dissident in den Westen emigriert war.