Zur erfolgreichsten Saison in der Karriere der Tschechin wurde die Saison 2002/03. Mit dem 3. Platz im Sprintrennen von Oberhof zu Beginn des Jahres 2003 gelang Holubcová der erste Podestplatz ihrer Karriere. In allen nachfolgenden Saisonrennen erreichte sie Platzierungen unter den besten 20 Athletinnen. Der zweite Podestplatz ihrer Karriere gelang Holubcová in Östersund beim letzten Rennen vor den Weltmeisterschaften mit dem 3. Platz im Verfolgungsrennen. Zum Höhepunkt in Holubcovás Karriere wurden die zum Saisonende im russischen Chanty-Mansijsk ausgetragenen Weltmeisterschaften. Nachdem ihr zuvor nie eine Top-10-Platzierung bei Großereignissen gelungen war, gewann Holubcová im Sprintrennen die Bronzemedaille. Mit dem 8. Platz im anschließenden Verfolgungsrennen gelang ihr eine weitere Top-10-Platzierung. Zu ihrem größten Erfolg wurde das Einzelrennen der Weltmeisterschaften: Mit einem fehlerfreien Schießergebnis lag Holubcová am Ende acht Sekunden vor der Weißrussin Alena Subrylawa und gewann damit die Goldmedaille. Dies war der erste und einzige Sieg in der Karriere der Tschechin, weiterhin war dies die erste Goldmedaille für Tschechien seit zehn Jahren. Mit dem 5. Platz im abschließenden Massenstartrennen gelang Holubcová im vierten WM-Rennen das vierte Top-10-Ergebnis. In allen Rennen der Saison 2002/03 konnte sich Holubcová in den Punkterängen platzieren und erreichte mit dem 8. Platz in der Gesamtwertung am Ende der Saison ihre beste Platzierung überhaupt.