На чемпионате мира 2011 года в Баку неожиданно проиграл в 1/8 финала бразильцу Робсону Консейсао со счётом 19:20, однако судейство вызвало массу споров и сомнений, так как Ломаченко доминировал в бою, а в финальном раунде несколько раз отправлял Робсона в нокдаун, хотя зафиксирован был только один. Было проведено расследование и зафиксированы судейские ошибки, победу заслуженно присудили Ломаченко со счётом 19:18. Ломаченко победил следующих соперников и взял золото на чемпионате, в весовой категории до 60 кг.