Etter andreplass bak Colomba Fofana ved det franske innendørsmesterskapet i februar, vendte Tamgho sin oppmerksomhet mot den internasjonale scenen. Under VM i friidrett innendørs 2010 tok han en tidlig ledelse i finalen med et hopp på 17,41 meter, men Yoandri Betanzos overrasket med 17,69 meter og ny personlig rekord i første hopp. Han trodde først at et kortere hopp ville være nok til å sikre tittelen, men etter kubaneren sitt hopp uttalte han «Jeg måtte reagere og gi alt». Etter et par ugyldige hopp, og to hopp over 17-metersmerket, hadde Tamgho ett siste hopp igjen for å slå Betanzos. På sitt siste forsøk, hoppet han sju centimeter lengre enn verdensrekorden (som ble holdt av Aliecer Urrutia og Christian Olsson), og fikk med det ny verdensrekord innendørs på 17,90 meter. Han uttalte da at han trodde hans forrige sesong hadde vært mislykket, men at han nå hadde vokst seg sterkere og mer moden etter at han hadde fått råd fra sine konkurrenter Jadel Gregorio og Phillips Idowu om å ta konkurranser på en roligere måte.