Auch bei den Halleneuropameisterschaften des folgenden Jahres war er mit 6,03 m nicht zu schlagen. Bei den Weltmeisterschaften 2011 in Daegu gewann Lavillenie die Bronzemedaille mit einer Höhe von 5,85 m. Seinen ersten Weltmeistertitel gewann Renaud Lavillenie bei den Hallenweltmeisterschaften 2012 in Istanbul. Er siegte mit übersprungenen 5,95 m vor dem Deutschen Björn Otto (5,80 m) und dem US-Amerikaner Brad Walker (5,80 m).