Zu seinen ersten Einsätzen im Weltcup kam Graf in der &lt;a href="Biathlon-Weltcup%202010/11"&gt;Saison 2010/11&lt;/a&gt;. Zunächst durfte er in Pokljuka im Sprint an den Start gehen. Dort belegte er einen 84. Platz. Zum Saisonfinale in Oslo kam er zu weiteren Einsätzen. Mit starken Platzierungen in Sprint und Verfolgung mit den Plätzen 14 und 12, qualifizierte er sich für den Massenstart und holte mit Rang zehn seinen ersten Top-Ten-Platz im vierten Weltcuprennen. In der &lt;a href="Biathlon-Weltcup%202011/12"&gt;Folgesaison 2011/12&lt;/a&gt; war der Bayer fester Bestandteil der Weltcupmannschaft. Nach mäßigem Saisonstart in Östersund gelangen ihm in Hochfilzen bessere Ergebnisse mit Platz sieben im Sprint und Rang acht in der Verfolgung. Damit schaffte Graf die Norm für die Weltmeisterschaften in Ruhpolding. Nach dem Jahreswechsel gelang ihm sowohl im Sprint von Oberhof, als auch im Einzelrennen von Nové Město na Moravě erneut siebte Ränge. Ein weiteres gutes Resultat erreichte er in Oslo mit Platz acht in der Verfolgung und sicherte sich damit einen Einzelstart bei den Heimweltmeisterschaften. Im Sprint wurde er 34., in der Verfolgung fiel er auf Platz 38 zurück. Die Trainer vertrauten in den kommenden Wettkämpfen dem wiedererstarkten dreifachen Olympiasieger Michael Greis, sodass die Titelkämpfe für Graf nach zwei Rennen beendet waren. Zum Saisonabschluss im russischen Chanty-Mansijsk erreichte Graf im letzten Saisonrennen das beste Resultat seiner Weltcup-Karriere. Er kam im Massenstart auf den fünftem Platz und beendete die Saison mit einem 21. Rang im Gesamtweltcup.