Sa carrière de coureur atteint son apogée avec son titre de champion du monde en 1988, sur le circuit de Renaix, en Belgique. À seulement vingt-trois ans, il avait déjà été le protagoniste de plusieurs courses cette saison, qui l'avait vu remporter une étape du Tirreno-Adriatico et terminé deuxième de Milan-San Remo. Lors des mondiaux, le sélectionneur Alfredo Martini vise le titre avec ses leaders expérimentés Argentin, Bontempi, Bugno et Saronni. Au début du dernier tour, Fondriest suit l'attaque de Claude Criquielion déjà champion du monde en 1984. Davide Cassani empêche des coureurs dangereux tels que Fignon et Pensec de s'extraire du groupe des poursuivants, annulant toute tentative de retour sur le duo devant, où Fondriest est considéré comme le plus rapide au sprint. Malgré le travail de l'équipe italienne, à 500 mètres de l'arrivée, le Canadien Steve Bauer revient sur les deux leaders. Le sprint à trois est inévitable : Bauer part devant, Criquielion essaye de le doubler, mais il est victime d'un coup de coude de Bauer et chute contre les barrières. Fondriest est déclaré vainqueur, tandis que Bauer est disqualifié plus tard.