Stoch został powołany na MŚ 2009 w Libercu. 21 lutego odbył się konkurs na skoczni normalnej, w którym zajął czwarte miejsce. Wygrał wtedy m.in. z Thomasem Morgensternem, Martinem Schmittem, Andreasem Küttelem, Takanobu Okabe i Adamem Małyszem. Po pierwszej serii, w której osiągnął 99,5 m był dziewiąty, jednak w drugiej serii uzyskał najdłuższą ustaną odległość – 100,5 m. Brązowy medal przegrał z Simonem Ammannem o 4,5 pkt. Podczas treningu na dużej skoczni upadł i stłukł prawy bark, jednak kontuzja okazała się niegroźna. W kwalifikacjach zajął drugie miejsce, przegrywając jedynie z Kasaim. W jednoseryjnym konkursie głównym zajął 24. miejsce. W konkursie drużynowym Stoch startował w pierwszej grupie. Po jego skoku na 123 m drużyna była piąta, a na koniec I serii znajdowała się na trzeciej lokacie. W drugiej kolejce uzyskał trzy metry więcej, a polski zespół spadł na czwarte miejsce, które utrzymał do końca konkursu, przegrywając medal o 9,1 pkt. z Japończykami.