Nach einem sechsten Platz im 1500-Meter-Lauf bei den U23-Europameisterschaften 2003 gelang Sobolewa 2005 der Durchbruch in die Weltklasse. Bei den Weltmeisterschaften 2005 in Helsinki dominierten die vier Russinnen Tatjana Tomaschowa, Julija Tschischenko, Olga Jegorowa und Sobolewa das 1500-Meter-Rennen. Sobolewa verrichtete die Führungsarbeit bis zur letzten Runde, dann sprinteten Tschischenko und Maryam Yusuf Jamal aus Bahrain an die Spitze. Während Tomaschowa beide überholte, drängte Tschischenko Jamal von der Laufbahn. Im Ziel lagen Tomaschowa, Tschischenko und Jegorowa vorn. Eine Sekunde hinter Jegorowa spurteten die Französin Bouchra Ghezielle und Sobolewa mit Jamal um die Plätze und kamen innerhalb von vier Hundertstelsekunden ins Ziel. Nach einem Protest der Mannschaftsleitung aus Bahrain wurde Tschischenko wegen Behinderung von Jamal disqualifiziert. Ghezielle erhielt die Bronzemedaille und Sobolewa war nun Vierte mit 4:02,48 min und 0,01 Sekunden Vorsprung auf Jamal auf Platz fünf.