In der folgenden Weltcupsaison gehörte Peiffer zu den beständigsten deutschen Startern. Er lief bei jedem Rennen in die Punkteränge, dabei ragten ein zweiter Rang beim Sprint in Oberhof und sein dritter Weltcup-Einzelsieg in Presque Isle ebenfalls im Sprint heraus. Seine gute Form bestätigte er zum Auftakt der Weltmeisterschaften 2011 in Chanty-Mansijsk. In der deutschen Mixed-Staffel, in der mit Henkel, Neuner, Peiffer und Greis die stärksten Biathleten der laufenden Saison aufgeboten waren, übernahm er mehr als zwanzig Sekunden Vorsprung von Magdalena Neuner und verteidigte diese Führung gegen den Zweiten Ole Einar Bjørndalen. Der Schlussläufer Michael Greis verlor zwar die Spitzenposition, dennoch gewann Peiffer mit Silber seine dritte Weltmeisterschaftsmedaille in der gemischten Staffel. Zwei Tage darauf wurde Peiffer Weltmeister im Sprint. Mit der zweitbesten Laufleistung und nur einem Schießfehler hielt er Martin Fourcade in Schach und sicherte sich seinen ersten Weltmeistertitel in einem Individualwettbewerb. In der Verfolgung verpasste er als Vierter eine Medaille nur knapp. Wenige Tage später belegte Peiffer im Einzel den fünfzehnten Rang und erreichte damit sein bis dahin bestes Ergebnis über die lange Einzelstrecke im Weltcup. Mit einem fünften Platz im Saisonabschlussrennen am Holmenkollen sicherte sich Peiffer Platz vier in der Gesamtwertung des Weltcups 2010/2011. Er etablierte sich als einer der stärksten Läufer in der Weltklasse und war bester Deutscher des Winters.