L'année suivante, elle perd ce titre au profit de la Japonaise Akari Ogata. En 2010, elle obtient ses premiers résultats importants chez les séniors en obtenant un podium lors du tournoi Grand Pix Düsseldorf, puis une troisième place aux championnats panaméricains de San Salvador. Kayla Harrison remporte sa première médaille internationale aux Championnats panaméricains de judo 2010 à San Salvador, où elle décroche la médaille de bronze. La même année, elle est sacrée championne du monde à Tokyo, battant en finale la Brésilienne Mayra Aguiar. Elle confirme en obtenant une troisième place du Grand Prix de Rotterdam, puis en remportant le Grand Prix d'Abu Dhabi.