Lors de la saison 2015-2016, après avoir obtenu plusieurs "top" vingt, elle atteint le podium pour la première fois avec une victoire en slalom à Åre. Elle atteint la finale du "Team Event" aux Mondiaux de Saint-Moritz 2017, où avec Veronika Velez Zuzulova, Matej Falat et Andreas Zampa, elle est battue par l'équipe de France qui s'adjuge le titre. Il s'agit de la première médaille de la Slovaquie aux Mondiaux de ski alpin. En 2017-2018, Petra Vlhová s'affirme comme la principale rivale de Mikaela Shiffrin en slalom, avec avant la fin de l'année, en trois épreuves disputées, une victoire à Levi, une deuxième place derrière l'Américaine à Killington, et une autre dans le duel final du premier slalom parallèle de l'histoire en Coupe du monde, à Courchevel où elle n'est battue que de 4/100e de secondes par Shiffrin.