De retour sur les pistes en 1997, il se classe deuxième du 400 m haies de la coupe d'Europe des nations, à Munich (), devancé par l'Italien Fabrizio Mori. Il s'adjuge par la suite un nouveau titre national sur 400 m à l'occasion des championnats de France se déroulant à Fort-de-France en Martinique. Figurant parmi les favoris des championnats du monde 1997 à Athènes, Stéphane Diagana remporte le la finale du 400 m haies en , devant le Sud-africain Llewellyn Herbert () et l'Américain Bryan Bronson (), en établissant la meilleure performance mondiale de l'année. Il devient à cette occasion le deuxième athlète français après Marie-José Pérec à obtenir un titre de champion du monde d'athlétisme. Aligné par ailleurs dans l'épreuve du relais 4 × 400 m, il se classe cinquième de la finale en compagnie de Jean-Louis Rapnouil, Marc Foucan et Fred Mango. Battu par Bryan Bronson quelques jours plus tard lors du Meeting Herculis de Monaco, il réalise néanmoins l'un des meilleurs temps de sa carrière en . En fin de saison 1997, il termine deuxième de la finale du Grand Prix à Fukuoka au Japon, devancé par Samuel Matete.