Bei den Biathlon-Weltmeisterschaften 2011 in Chanty-Mansijsk errang Neuner Medaillen in fünf der sechs ausgetragenen Wettbewerbe. Zum Auftakt belegte sie mit der Mixed-Staffel den zweiten Platz und wurde im Sprint nach fehlerfreier Schießleistung erneut Weltmeisterin. In der Verfolgung verpasste sie in Führung liegend mit zwei Schießfehlern am letzten Anschlag einen weiteren Sieg und musste sich der Finnin Kaisa Mäkäräinen geschlagen geben. Nach Rang fünf im Einzel wurde sie mit dem Titel im Massenstart erfolgreichste deutsche WM-Teilnehmerin vor Petra Behle. Einen Tag später gewann sie mit der Staffel ihre zehnte Goldmedaille und löste die Russin Jelena Golowina als Rekordhalterin bei Weltmeisterschaften ab.