2006年8月から9月にかけて開催された2006年バスケットボール世界選手権日本大会に出場。スペインはダーク・ノビツキー擁するドイツ代表や開催国の日本代表などを降し、グループBを1位で通過した。ファイナルラウンドでは順当に勝ち進むもの、準決勝のアルゼンチン代表相手には1点差の辛勝だった。しかも、このアルゼンチン戦でガソルは負傷退場し、弟のマーク・ガソルに助けられながらベンチを後にした。診断の結果は第5中足骨基部骨折。全治3か月で、NBAの11月開幕までの復帰は絶望的になってしまった。スペインの決勝戦の相手は、大方の予想だったアメリカ代表ではなく、欧州王者のギリシャ代表だった。スペイン代表は「"Pau tambien juega"（パウも共にプレイしている）」と書かれたTシャツを着て入場した。ガソルは足を引きずりながらも、ベンチから声援を送った。当初はガソル欠場で不安視されていた試合だが、スペインが圧倒的な強さを誇って序盤からギリシャを圧倒、ギリシャはアメリカ戦の疲れからかシュート成功率が非常に低かった。終わってみれば70-47の大勝で、スペインは初の「世界王者」のタイトルを勝ち取った。優勝が決定すると、ガソルは弟マークや仲間達と抱擁を繰り返し、目に涙を浮かべながら喜びを分かち合った。