Début 2009, le Français améliore à trois reprises son record personnel en salle et le porte à lors du meeting de Mondeville. Entraîné désormais par Jean-Hervé Stievenart et Laurence Bily, il remporte son deuxième titre national en salle avant de réaliser lors du meeting en salle de Paris-Bercy, établissant la meilleure performance mondiale espoir de tous les temps, à un centimètre du record de France sénior de Pierre Camara. Sélectionné pour les Championnats d'Europe en salle de Turin, il rate son concours et quitte la compétition dès les qualifications avec . En à Angers, Tamgho remporte son premier titre senior de champion de France en réalisant sa meilleure marque de l'année avec , obtenant ainsi son billet pour les Championnats du monde de Berlin. Lors de cette compétition, il réalise de nouveau en qualifications mais ne parvient pas à rééditer cet exploit en finale, deux jours plus tard. Il se classe onzième et avant-dernier du concours avec un meilleur saut à .