Nel 2007 Vos comincia ad affermarsi nelle principali prove mondiali. In stagione vince la Freccia Vallone e il Rund um die Nürnberger Altstadt, gare di Coppa del mondo, quattro tappe al Tour de l'Aude e una al Giro d'Italia, il suo secondo titolo europeo Under-23 in linea, ancora davanti a Bastianelli; si piazza inoltre terza al Giro delle Fiandre e al Ronde van Drenthe, e seconda al Berner Rundfahrt, ottenendo così la vittoria nella classifica di Coppa del mondo. Conclude la stagione con la medaglia d'argento in linea ai campionati del mondo di Stoccarda, anticipata da Bastianelli ma vincitrice della volata delle battute.