Il choisit bien son moment pour retrouver sa forme : lors du championnat du monde 2010. Après une victoire 10-5 contre un Peter Ebdon déclinant au premier tour, Graeme surclasse le joueur mondial de l'époque : Stephen Maguire (13-6). Son quart de finale qui l'oppose à Mark Allen est loin d'être une partie de plaisir. En effet, les deux joueurs se tiennent par le col et aucun ne veut lâcher. À douze partout, c'est l'expérience de Dott qui parle ; le joueur écossais l'emporte. En demi-finale, Dott est très motivé à poursuivre son parcours ; opposé à Mark Selby qu'il connait peu, il s'impose par 17 manches contre 14, et file pour la troisième fois de sa carrière en finale du tournoi. Sa finale l'oppose une fois de plus à un joueur de la nouvelle génération : l'Australien Neil Robertson. Robertson domine la finale par 18 manches à 13. Cependant, Dott domine les autres statistiques, avec son break de , qui n'est autre que le meilleur break du tournoi. De plus, étant le joueur ayant inscrit le plus de century breaks pendant le tournoi, il semble démontrer son retour au premier plan.