Na Copa do Mundo da Rússia 2018, Courtois continuou sendo o titular da baliza belga. O primeiro jogo do guardião no Mundial foi no primeiro desafio da Bélgica na competição, contra o estreante Panamá. A inexperiência dos panamenhos na competição refletiu-se no resultado final: 3-0 para os Red Devils e Courtois estreava-se nesta edição do Mundial sem sofrer golos. No segundo jogo, frente à Tunísia, Thibaut sofreu dois golos; no entanto, a Seleção Belga acabou ganhando por 5 a 2. No jogo decisivo pela liderança do Grupo G, frente à Inglaterra, Courtois esteve impecável, sem deixar entrar nem uma bola na rede. Nas oitavas, esperava-se um jogo fácil frente ao surpreendente Japão. No entanto, os nipónicos conseguiram ficar em vantagem por 2-0, mas os belgas acabaram por dar a volta no último minuto, e Courtois seguiu para as quartas junto com a sua seleção. Um facto curioso sobre Courtois neste jogo é que, ainda no primeiro tempo, ele cometeu um erro gravíssimo após um jogador japonês rematar à figura do goleiro, mas este conseguiu apanhar a bola antes de que esta entrasse. Nas quartas, o adversário era o pentacampeão Brasil. A Canarinha partia como favorita a ganhar o jogo, mas rapidamente a Bélgica o dominou, indo para o intervalo com uma vantagem de 2-0. No segundo tempo, Courtois destacou numa defesa fantástica, após remate ao ângulo de Neymar. Renato Augusto acabaria por fazer o tento de honra para a verde-amarela. Nas semifinais, esperava-se um jogo equilibrado entre França e Bélgica. Courtois fez defesas importantes, mas não conseguiu evitar o golo de Umtiti que classificou os gauleses para a final e acabou com o sonho dos diabos vermelhos belgas. No jogo pelo terceiro lugar, a Bélgica venceu a Inglaterra por 2-0, alcançando a sua melhor classificação em uma Copa do Mundo, e Courtois levou uma medalha de bronze. Devido à sua prestação no Mundial, Courtois foi eleito Luva de Ouro da Copa do Mundo FIFA de 2018