Bei der Ende April 2011 stattfindenden Weltmeisterschaft, die aufgrund eines schweren Erdbebens in Japan nach Moskau verlegt wurde, bot der favorisierte 20-Jährige seine bisher beste Darbietung in einem Kurzprogramm. Zu seiner Jazz-Interpretation "Take Five" stand Chan eine Kombination aus Vierfach-Toeloop/Dreifach-Toeloop, einen dreifachen Axel und einen dreifachen Flip, woraufhin er mit 93,02 Punkten den bei der Europameisterschaft 2010 aufgestellten Weltrekord von Jewgeni Pljuschtschenko (91,30) überbot. Mit einer fast fehlerfreien Kür zu Andrew Lloyd Webbers "Phantasia", die ebenfalls die Toeloop-Kombination beinhaltete, gewann er auch die Kürwertung mit einem Weltrekord von 187,96 Punkten vor dem Japaner Takahiko Kozuka und dem Russen Artur Gatschinski. Mit 280,98 Punkten überbot Chan den 2008 erzielten Weltrekord des Japaners Takahashi um 16,57 Punkte.