Nella sua stagione d'esordio, la 2009-2010, il cinese compie l'incredibile impresa di qualificarsi al Campionato mondiale all'età di 18 anni, dopo aver perso ogni turno preliminare in precedenza. Per accedere alla fase finale al Crucible Theatre di Sheffield, Zhang batte Craig Steadman 10-4, il campione del mondo 1991 John Parrott per 10-6, Andrew Higginson 10-8 e con lo stesso risultato Ricky Walden. Malgrado abbia in seguito perso il match di primo turno contro il 7 volte campione Stephen Hendry, Zhang è riuscito comunque a cavarsela in una sfida molto equilibrata: lo scozzese inizia vincendo i primi quattro frames, ma il cinese, con un parziale di 5-1, riporta il match in parità 5-5. Successivamente Zhang riesce addirittura a guidare la contesa sul 7-9, ma subisce una grande rimonta da parte dell'avversario che vince tre frames consecutivi e ottiene il successo per 10-9 al frame decisivo. A fine annata, Zhang si ritrova già al 71º posto nel Ranking.