באליפות העולם שנערכה בפוקואוקה, יפן בסוף יולי אותה שנה זכה ת'ורפ בהישג השיא שלו לאחר שזכה ב-6 מדליות זהב, מהן 3 אישיות, יותר מכל שחיין או שחיינית אחרים, עד לשנת 2007 שבה זכה מייקל פלפס ב-7 מדליות זהב. מדליות זהב בהן זכה, במשחה ל-200 מטר חופשי בשיא עולם חדש של 1:44.06 דקות, לפני פיטר ואן דן הוחנבאנד (1:45.81 דקות) וקליט קלר (1:47.10 דקות), במשחה ל-400 מטר חופשי בשיא עולם חדש של 3:40.17 דקות, לפני גרנט האקט (3:41.51 דקות) ואמיליאנו ברמבילה מאיטליה (3:45.11 דקות), במשחה ל-800 מטר חופשי בשיא עולם חדש נוסף של 7:39.16 דקות, לפני גרנט האקט (7:40.34 דקות) וגרהם סמית' מבריטניה (7:51.12 דקות) וב-3 משחי השליחים, 4x100 מטר חופשי בשיא אליפות חדש של 3:14.10 דקות, לפני הולנד (3:14.56 דקות) וגרמניה (3:17.52 דקות), 4x200 מטר חופשי בשיא עולם חדש של 7:04.66 דקות, לפני איטליה (7:10.86 דקות) וארצות הברית (7:13.69 דקות), כשחיין רביעי הוא קבע ב"זינוק שליחים" תוצאה של 1:44.14 דקות ו-4x100 מטר מעורב בשיא אליפות חדש של 3:35.35 דקות, לפני גרמניה (3:36.34 דקות) ורוסיה (3:36.12 דקות).