Vuoden 2004 maastojuoksun MM-kisoissa Dibaba sijoittui pitkällä matkalla hopealle ja myöhemmin samana vuonna Ateenan olympialaisissa, 19-vuotiaana, 5 000 metrillä pronssille. Hän juoksi 5 000 metrin hallimaailmanennätyksen 14.32,93 Bostonissa 29. tammikuuta 2005. Saman vuoden MM-maastojuoksuissa hän voitti kultaa sekä pitkältä että lyhyeltä matkalta. Toinen tupla samana vuonna tuli Helsingin MM-kisoissa, missä hän voitti kultaa sekä 5 000 että 10 000 metrillä. 2006 MM-maastojuoksukisat hän aloitti pitkän matkan voitolla. Hän juoksi 5 000 metrin sisäratojen maailmanennätyksen 14.27,42 Bostonissa 27. tammikuuta 2007. Maastojuoksun MM-kilpailuissa hän sai hopeaa. Dibaba uusi 10 000 metrin maailmanmestaruutensa 2007 Osakan MM-kilpailuissa. Edinburghin maastojuoksun MM-kisoissa 2008 hän voitti MM-kultaa. Hän juoksi 6. kesäkuuta Oslossa 5 000 metrin maailmanennätyksen 14.11,15.