In Hochfilzen wurde Wierer früh in der &lt;a href="Biathlon-Weltcup%202010/11"&gt;Saison 2010/11&lt;/a&gt; wieder im Weltcup eingesetzt. Mit Michela Ponza, Katja Haller und Karin Oberhofer erreichte sie in ihrem ersten Staffelrennen einen neunten Platz. Kurios verlief dabei der Wechsel von Oberhofer auf Wierer, da Wierer mehrere Sekunden zu spät beim Wechsel war und Oberhofer auf ihre Mannschaftskameradin warten musste. Einfluss auf das Gesamtergebnis hatte das jedoch nicht, zu dem Wierer mit nur zwei Nachladern eine gute Leistung beisteuerte. In Ruhpolding konnte sie als 24. des Sprints erstmals Punkte in einem Weltcuprennen gewinnen. Ihren endgültigen Durchbruch hatte Dorothea Wierer bei den Biathlon-Juniorenweltmeisterschaften 2011 im tschechischen Nové Město na Moravě. Im Einzel, im Sprint und in der Verfolgung wurde sie Junioren-Weltmeisterin und gewann mit der Staffel die Silbermedaille. Auch bei den darauf folgenden Europameisterschaften in Ridnaun war sie erfolgreich und gewann Silber und Gold in Juniorinnen-Sprint und Juniorinnen-Verfolgung sowie mit Silber in der Damenstaffel ihre erste Medaille im Seniorenbereich. Aufgrund dieser Ergebnisse wurde Wierer für die Biathlon-Weltmeisterschaften 2011 nominiert. Dort belegte Wierer im Verfolgungsrennen Platz neun und erreichte damit ihr erstes Top-10-Resultat.