In der Chinesischen Super League kam er 2016 im Einzel als einer der besten Spieler auf eine Bilanz von 11:0. Bei der Asienmeisterschaft 2017 erreichte er im Einzel das Viertelfinale und gewann an der Seite von Fan Zhendong Gold im Doppel. In einem internen Qualifikationsturnier sicherte er sich außerdem einen Startplatz bei der Weltmeisterschaft 2017. Dort traf er im Achtelfinale auf Xu Xin, vergab im Entscheidungssatz beim Stand von 10:5 aber alle Matchbälle und verlor mit 10:12. Durch einen Finalsieg über Fan Zhendong gewann Lin Gaoyuan im September den Asian Cup und qualifizierte sich damit für den World Cup. Bei den Austrian Open schlug er unter anderem Marcos Freitas, Kōki Niwa, Simon Gauzy und Yan An, holte damit seinen ersten Einzeltitel auf der World Tour und rückte infolgedessen in die Top 10 der Weltrangliste vor. Beim World Cup erreichte er das Viertelfinale, konnte dort aber gegen Timo Boll eine 3:1-Führung und beim Stand von 3:3 einen 10:4-Vorsprung nicht nutzen und unterlag mit 3:4. Zudem qualifizierte er sich für die Grand Finals, bei denen er im Viertelfinale gegen Dimitrij Ovtcharov nach 2:0-Führung mit 3:4 verlor. In der Super League gehörte er mit einer Bilanz von 22:5 und Siegen unter anderem über Ma Long, Fan Zhendong und Xu Xin – Gold-, Silber- und Bronzemedaillengewinner der WM – auch 2017 zu den besten Spielern. 2018 nahm er zum ersten Mal an einer Team-WM teil und gewann mit China Gold, im Oktober holte er nach einer Halbfinalniederlage gegen Fan Zhendong Bronze beim World Cup. Ende des Jahres nahm er an den Grand Finals teil, bei denen er den WM-Dritten Lee Sang-su, Xu Xin und Jun Mizutani schlug, bevor er im Finale gegen Tomokazu Harimoto verlor. Bei der WM 2019 kam er im Einzel ins Viertelfinale und holte im Doppel mit Liang Jingkun Bronze.