2009年、世界ランキング99位で出場した世界卓球選手権（個人）横浜大会では、2回戦で世界ランキング10位の帖雅娜（香港）にゲームカウント0-3、第4ゲームも3-9と劣勢の中から大逆転勝ちした。その後も3回戦で福岡春菜、4回戦でユ・モンユ（シンガポール）にも勝ちベスト8入りした。準々決勝では世界ランク1位の張怡寧（中国）と対戦し、1-4とゲームを取る善戦をした。なお、日本人女子選手が世界選手権でベスト8入りしたのは2003年パリ大会の福原愛以来である。同年(09年)の全国高校総体（インターハイ）では、シングルス全試合で1ゲームも落とすことなく優勝し、連覇を果たした。2010年1月、全日本選手権ジュニア女子の部で優勝し、史上初の4連覇を達成。松平健太とのペアで優勝した混合ダブルスと合わせて、2冠を果たした。5月の世界選手権（団体）で4勝（2敗）を挙げ、日本女子の5大会連続銅メダルに貢献。メダルをかけた準々決勝の韓国戦は3番手として出場し、世界ランク16位の唐汭序をゲームカウント0-2から3ゲームを奪って大逆転した。7月のITTFプロツアー・モロッコオープンではでシングルス初優勝。8月の全国高等学校総体（インターハイ）では女子シングルスを制し、女子で史上初の3連覇を成し遂げた。同年12月の第8回世界ジュニア卓球選手権の女子団体では中国の8連覇を阻止し初優勝をした、シングルスダブルスでも準優勝し活躍。ジュニア大会ではあるが、世界タイトルイベントでの日本女子団体種目優勝は1971年世界卓球選手権（名古屋大会）女子団体優勝以来、39年ぶり。2011年1月22日、17歳10か月にして全日本卓球選手権大会女子シングルスで初優勝。高校生での全日本女王は1988年の佐藤利香以来4人目。第51回世界卓球選手権個人戦終了後の5月16日付世界ランキングでロンドンオリンピックのシングルス出場が決定。2012年6月には世界ランキング5位に浮上した。
中学2年で出場した2007年1月の全日本卓球選手権大会では6回戦で高校生の石垣優香を4-0で破り、福原愛以来となる中学生でのベスト8進出。13歳11ヶ月での8強入りは福原の13歳1ヶ月に次ぐ史上2位の年少記録だった。さらに準々決勝で社会人の樋浦令子を4-3で破り、史上最年少でのベスト4入りを果たした。また、全日本選手権ベスト4により招待されたジャパントップ12卓球大会では予選リーグ初戦で、全日本選手権ジュニアの部決勝で勝利した四天王寺高校の藤井優子に敗れたものの、2戦目で十六銀行の田勢美貴江にストレート勝ちし、ゲームポイント計算で決勝トーナメントに進んだ。準決勝の対戦相手は同門の先輩であり、2007年の全日本選手権優勝者の平野早矢香で、先に2ゲームを先取するものの、その後4ゲーム連取され逆転負けとなり、ベスト4となった。2007年2月26日、同年5月からの世界選手権代表（クロアチア・ザグレブ）のダブルスに史上最年少で抜擢された。2008年1月、全日本選手権シングルスで2年連続ベスト4入り。同年2月の世界選手権団体メンバー（5人）にも選ばれた。同年4月、四天王寺高校に進学。1年生のときの全国高校総体卓球シングルスでは、決勝で同じ高校の先輩の藤井優子を4-0で破り、1年生チャンピオンとなった。1年生のインターハイ優勝は女子では57年ぶりである。2008～09年の高校1年在籍中の1年間でインターハイ、国体、選抜、全日本ジュニアと高校生レベルの国内4大会を高校1年生にして完全制覇という大偉業を達成した。2011年1月、全日本選手権シングルスで初優勝した。2015年1月の全日本卓球選手権で女子シングルス、ダブルス、混合ダブルスの三冠達成は1960年の山泉和子以来54年ぶり2人目である。
企画立案者はオムニバスプロモーションの斯波重治で、宮崎駿曰く「アニメ化するには難解な原作で、高畑勲しか監督できない」と企画を持ち込んだ。一方、鈴木敏夫は2018年のインタビューにおいて、『火垂るの墓』を未完成なまま公開した高畑に再度監督できる機会を与えるとしたら「ジブリとしてこの作品を高畑さんでやると発表することだ」と宮崎が言ったと述べている。全編に徹底したリアリズムが貫かれ、舞台となった1982年の山形県山形市高瀬地区の様子や仙山線高瀬駅などが緻密に描かれている。また、1966年の描写においてもその当時の様子を徹底的なリサーチを元に描いている。特にブラウン管の中に登場する『ひょっこりひょうたん島』については、当時ほとんど現存しなかった関係資料を捜し求め、苦労の末に偶然、録音していたカセットの持ち主を探し出し、当時の内容を再現したほどである。また1966年当時、高視聴率だったドラマ『おはなはん』の曲を挿入するなど、当時の様子の再現には細かい配慮がみられる。監督には『火垂るの墓』以来3年ぶりに高畑勲を起用。本作も『火垂るの墓』と同じく現在進行形のストーリーではなく、主人公による過去の回想を軸としたストーリー展開である。企画当初高畑は本作を手がけることに消極的だったが、鈴木敏夫が説得するなかで「思い出を思い出すということは、思い出す人がいるんでしょう」と発言、「高校生の主人公による回想」を「27歳のキャリアウーマン」に変えたという。ただしテレビアニメ絵本では大人のシーンは省略され、物語のラストも視点が異なる都合上本編とは異なる。1982年のパートははっきりとした色調で描かれており、現実にありそうな風景になっている。主人公であるタエコとトシオのキャラクターイメージも、演じた今井美樹と柳葉敏郎を意図したデザインになっている。対して、1966年のパートは淡い色調で描かれており、「思い出の中の風景」という雰囲気をかもし出している。また1982年を描いたパートは、演者の音声を事前にレコーディングしてからアニメを制作するというプレスコ手法を採用した。映画『じゃりン子チエ』で、声優に起用された芸能人の話芸をアフレコでは十分生かせなかったと感じていた高畑は、本作で初めてプレスコを導入し、続く『平成狸合戦ぽんぽこ』以降はすべての劇場作品でプレスコを採用するようになった。日本で「ジブリがいっぱいCOLLECTION」シリーズとして発売されたセルビデオは、20万本を出荷した。2016年2月に全米で公開された。配給はGKIDS。