Dopo le Olimpiadi però Valentina decide di non ritirarsi più dall'attività agonistica e di continuare pertanto a gareggiare. Il primo appuntamento in cui torna in scena coincide con i Campionati mondiali di scherma di Budapest 2013, dopo 83 giorni dalla nascita del suo secondogenito Andrea, e nell'occasione dichiara il suo impegno a continuare con l'attività agonistica, nella speranza di arrivare alle Olimpiadi di Rio 2016. In tali campionati, non avendo disputato la Coppa del Mondo, è costretta a partire dai gironi di qualificazione, che supera agevolmente, accedendo al tabellone principale del torneo individuale, dove riesce ad arrivare fino ai quarti di finale, nei quali perde contro Arianna Errigo per 15-8. Nella gara a squadre disputa gli ottavi di finale contro il Brasile, gara vinta per 45-12 dall'Italia, mentre resta a riposo contro la Cina nei quarti, la Corea del Sud in semifinale e la Francia in finale, contro cui l'Italia vince la finale per 45-19. L'incontro disputato contro il Brasile permette a Vezzali di vincere la medaglia d'oro numero 14 ai Campionati mondiali di scherma e di superare così il record di 13 ori ai Campionati mondiali, che apparteneva a Edoardo Mangiarotti, e di 19 ori tra Campionati mondiali e Olimpiadi, appartenente sempre a Mangiarotti.