L'événement majeur de la saison d'athlétisme est le championnat du monde 1991 à Tokyo. Bien qu'elle soit soumise à un grand stress, qui l'empêche de s'alimenter normalement, elle court de plus en plus vite lors des différents tours et est la grande favorite de la finale. Sa rivale la plus sérieuse est la championne d'Europe de Split, Grit Breuer. Celle-ci, placée juste derrière la Française en finale, calque sa course sur celle de Pérec qui accélère à de l'arrivée, puis, malgré un retour de l'Allemande, remporte le titre en établissant un nouveau record de France en . Ce temps constitue alors la huitième meilleure performance mondiale de tous les temps. Elle termine la compétition en participant au relais , composé de Laurence Bily, Maguy Nestoret, Valérie Jean-Charles. Les Françaises terminent à la cinquième place.