Opmerkelijk genoeg wist Thorkildsen zijn eerste olympische titel bij de erop volgende wereldkampioenschappen niet in goud om te zetten. In 2005 werd hij op de wereldkampioenschappen in Helsinki verslagen door de Est Andrus Värnik, die bijna een meter verder wierp en moest hij met zilver genoegen nemen (87,17 om 86,18). Iets dergelijks overkwam hem twee jaar later op de WK in Osaka, waar hij tweede werd achter Tero Pitkämäki (90,33 om 88,61). Dezelfde Pitkämäki, die hij het jaar ervoor bij de Europese kampioenschappen in 2006 in het Zweedse Göteborg wél achter zich had gelaten. Met een worp van 88,78 had hij toen aan het langste eind getrokken en gewonnen, vóór Pitkämäki (zilver met 86,44) en Jan Železný (brons met 85,92).