Zur Weltmeisterschaft 2004 in Dortmund ging sie lediglich als drittbeste Japanerin hinter Miki Andō und Fumie Suguri. Beim Grand-Prix-Finale hatte sie die Bronzemedaille hinter Suguri und der US-Amerikanerin Sasha Cohen errungen. Nach dem Kurzprogramm lag sie bei der Weltmeisterschaft auf dem zweiten Platz hinter Cohen, landete aber sieben saubere Dreifachsprünge in der Kür und wurde Weltmeisterin. Nach Midori Itō 1989 und Yuka Satō 1994 war sie damit die dritte japanische Weltmeisterin in der Geschichte. Ursprünglich hatte Arakawa geplant, nach dieser Weltmeisterschaft ihre Karriere zu beenden, denn sie hatte mit einer Fußverletzung, Heimweh und Motivationsproblemen zu kämpfen, außerdem hatte sie Probleme, mit jungen, aufstrebenden Läuferinnen wie Miki Andō und Mao Asada mitzuhalten. Ihr Erfolg ließ sie diese Entscheidung aber wieder revidieren. Beim Grand-Prix-Finale der darauffolgenden Saison gewann sie die Silbermedaille hinter Irina Sluzkaja, bei der Weltmeisterschaft 2005 reichte es für Arakawa als Titelverteidigerin allerdings nur zum neunten Platz. Sie wollte mit dieser Enttäuschung jedoch nicht aufhören. Ein Trainerwechsel von Tatjana Tarassowa zu Nikolai Morosowc sollte sie auf die Olympischen Spiele 2006 vorbereiten.