Lors de la Coupe du monde 2019-2020, Tiril Eckhoff affiche une forme physique remarquable et réalise son meilleur début de saison, s'appuyant notamment sur un tir bien plus fiable qu'auparavant. Elle enchaîne ainsi quatre victoires consécutives en décembre (la poursuite de Hochfilzen suivie d'un triplé sprint, poursuite et mass-start au Grand Bornand les 20, 21 et ). En janvier, elle confirme et endosse pour la première fois le dossard jaune de leader de la Coupe du monde à l'issue du sprint et de la poursuite de Ruhpolding, deux courses qu'elle remporte de belle manière. Mais la Norvégienne passe au travers des championnats du monde à Antholz-Anterselva sur un plan individuel (elle s'adjuge tout de même deux médailles d'or avec les relais dames et mixte norvégiens), si bien qu'elle perd pied au classement général de la Coupe du monde, dépassée par Dorothea Wierer qui reprend le dossard jaune dès le début des Mondiaux et consolide son avance par la suite. Elle reprend néanmoins le fil de sa belle saison lors de la étape de la Coupe du monde à Nové Město en remportant le la mass-start, sa septième victoire de l'hiver, ce qui lui permet de garder espoir dans la course au gros globe de cristal. Après une troisième place sur le sprint à Kontiolahti pour ce qui est la dernière étape de Coupe du monde de la saison en raison de la pandémie de coronavirus, elle ne peut faire mieux qu'une dixième place sur la poursuite le lendemain, insuffisant pour remporter le gros globe de cristal de la saison 2019-2020 face à l'Italienne Dorothea Wierer.