Der internationale Durchbruch gelang ihm bei den Hallenweltmeisterschaften 2010 in Doha. Er gewann dort die Goldmedaille und stellte mit 17,90 m einen neuen Hallenweltrekord auf. Im Freien steigerte er seine persönliche Bestleistung beim adidas Grand Prix in New York City auf 17,98 m. Zu diesem Zeitpunkt war dies der sechstweiteste Sprung in der Geschichte. Nur Jonathan Edwards und Kenny Harrison waren jemals weiter gesprungen. Durch die Nachwirkungen einer Wadenverletzung konnte Tamgho bei den Europameisterschaften 2010 in Barcelona nicht sein volles Leistungspotential abrufen und musste sich mit dem dritten Platz begnügen. Anschließend wechselte er seinen Trainer und wird seitdem vom ehemaligen kubanischen Weitsprung-Olympiasieger Iván Pedroso betreut.