2009 wurde sie Teil der Weltspitze: Sie rückte in die Top 10 der Weltrangliste vor, gewann bei der WM Bronze im Einzel, siegte bei mehreren Pro Tour-Turnieren im Einzel und Doppel und bei den Grand Finals im Doppel. Zudem nahm sie in diesem Jahr erstmals am World Cup teil, den sie gewinnen konnte. 2010 war sie Teil der chinesischen Nationalmannschaft, die bei der Weltmeisterschaft im Finale überraschend Singapur unterlag, außerdem belegte sie von Januar bis September zum ersten Mal den ersten Platz der Weltrangliste. Die Grand Finals konnte Liu Shiwen 2011 zum ersten Mal auch im Einzel gewinnen, bei der WM gewann sie außerdem ein weiteres Mal Bronze. 2012 folgten wieder Gold beim World Cup und bei den Grand Finals sowie ihr erstes WM-Gold mit der Mannschaft. Im Jahr darauf holte sie bei der Weltmeisterschaft 2013 Silber im Einzel und Doppel, zum dritten Mal Gold beim World Cup und zum dritten Mal hintereinander Gold bei den Grand Finals. Dadurch kehrte sie im September 2013 für 13 Monate auf Platz 1 der Weltrangliste zurück. Mit der chinesischen Mannschaft gewann sie die WM 2014. 2015 wurde sie Weltmeisterin im Doppel und nach einer 3:4-Finalniederlage gegen Ding Ning wieder Vize-Weltmeisterin im Einzel. Den World Cup gewann sie bei ihrer vierten Teilnahme zum vierten Mal, wodurch sie mit den Rekordhalterinnen Zhang Yining und Wang Nan gleichzog, in der Weltrangliste stand sie ab November 2015 wieder für elf Monate auf Rang 1.