En 1999-2000, il affiche plusieurs "top" dix au compteur et termine la saison sur son meilleur classement général en Coupe du monde : . L'hiver suivant, Puurunen n'est pas aussi régulier, mais après une sixième place sur le sprint aux mondiaux 2001 à Pokljuka, il est sacré champion du monde de l'individuel (19/20 au tir), signant ainsi sa seule victoire dans l'élite. Ce succès surprise intervient 20 ans après le dernier titre mondial finlandais.