同じ歳の平野美宇とは幼少時よりダブルスペアを組んで国際大会で結果を残しており、2013年2月に史上最年少でITTFワールドツアーの表彰台に、2014年3月にドイツオープンで優勝し13歳160日の伊藤は2002年に13歳224日で優勝した郭躍の記録を抜く史上最年少記録を作り、13歳350日の平野は3番目の記録となった。また、2人の合計年齢（27歳145日）が史上最年少記録としてギネス世界記録に認定された。翌週スペインオープンでも優勝し2勝目を挙げ、年末の世界ジュニア選手権で準優勝、ITTFワールドツアー・グランドファイナルでは最年少で優勝した。2015年は7月に韓国オープン優勝、10月のアジア選手権で準優勝、12月のグランドファイナルで準優勝した。またライバルとして切磋琢磨する関係であり、シングルスでの対戦成績は23戦中、伊藤美誠15勝、平野美宇8勝。その内決勝が5回、勝った方が優勝が12回である。ITTF主催では10戦中、伊藤美誠6勝、平野美宇4勝。その内決勝が1回、勝った方が優勝が5回である。
１月の全日本選手権で木原美悠を決勝で破りシングルス２連覇を達成。女子ダブルス、混合ダブルスでも2連覇し、斎藤清以来史上2人目（女子では初）の2年連続3冠を達成した。4月に開催した世界選手権ブダペスト大会では、早田との女子ダブルスで日本人ペア48年ぶりとなる決勝進出を果たしたが、決勝では王曼昱( 中国)/孫穎莎( 中国)ペアに2-4で敗れ、52年ぶりの金メダルを逃した。
1月、全日本選手権の女子シングルスで“みうみま”対決を制し初優勝した。また、早田ひなとの女子ダブルス、森薗政崇との混合ダブルスでも優勝し3冠を達成した。3冠は山泉和子（1960年度）、石川佳純（2014年度）に次いで史上3人目であり、17歳での達成は男女を通じて最年少記録となった。2月、ダブルスを第1試合に行う新方式が導入されたチームワールドカップでは、早田とのダブルスを中心に出場し銀メダルを獲得した。5月、世界選手権団体戦ハルムスタッド大会において、準決勝で田志希( 韓国)に3-0で勝利し、決勝では第1試合で日本選手に対して37連勝している劉詩ブン( 中国)に対して3-2で勝利。チームは1-3で中国に敗れ銀メダルであったが、伊藤自身は8戦全勝で大会を終えた。6月、ジャパンオープンでは女子シングルス準決勝では陳幸同( 中国)を0-3の状態から逆転勝利、決勝では王曼昱( 中国)に勝利して優勝した。11月のスウェーデンOPでは、劉詩雯（ 中国）、丁寧（ 中国）に連勝して勝ち上がると、決勝では世界ランク1位の朱雨玲（ 中国）を4-0で圧倒して優勝した。年末のITTF年間表彰では年間最優秀選手を逃したが、世界選手権団体戦の女子の最優秀選手として表彰された。
タキ23600形は、液体硫黄専用の35t 積タンク車として1972年（昭和47年）から1993年（平成5年）にかけて35両（コタキ23600 - コタキ23634）が、富士重工業、三菱重工業、日本車輌製造の3社で製作された。記号番号表記は特殊標記符号「コ」（全長 12 m 以下）を前置し「コタキ」と標記する。積荷である硫黄は、常温では固体であるが高温になると液体化する性質がある。このため輸送の際には高温化（摂氏145度前後）して運ぶが、この温度はタンク車の中で最も高温であった。落成時の所有者は、三菱商事、三井物産、日本石油輸送の3社でありその常備駅は三重県の塩浜駅、千葉県の甲子駅、神奈川県の東高島駅であった。1988年（昭和63年）3月23日に、三井物産所有車6両（コタキ23608, コタキ23609、コタキ23611、コタキ23622 - コタキ23624）が北硫産業へ名義変更された。1979年（昭和54年）10月より化成品分類番号「燃41」（燃焼性の物質、可燃性固体、危険性度合2（中））が標記されたが、積荷は積載状態では液体であるため「燃31」（燃焼性の物質、引火性液体、危険性度合2（中））の方が適当と思われるがなぜか「燃41」と標記された。タンク体材質は、ロットにより違いがあり普通鋼（一般構造用圧延鋼材）製、ステンレス鋼製、溶接構造用圧延鋼材製の3種類があった。いずれも保温材を巻きキセ（外板）を装備した。荷役方式は、タンク上部の液出入管からの上入れ、液出管と窒素管使用による上出し方式である。車体色は黒色、寸法関係は全長は11,300mm、全幅は2,500mm、全高は3,850mm、台車中心間距離は7,200mm、実容積は19.6m³、自重は18.6t、換算両数は積車5.5、空車1.8であり、台車はベッテンドルフ式のTR41C、TR41E、TR213C、TR225である。1987年（昭和62年）4月の国鉄分割民営化時には18両がJR貨物に継承されたが、2006年（平成18年）5月に最後まで在籍した3両（コタキ23632 - コタキ23634）が廃車となり同時に形式消滅となった。