Under det amerikanske mesterskapet i 2007 løp Gay 100 meter på 9,84, verdens nest raskeste tid oppnådd i motvind. Han satte også ny personlig rekord på 200 meter med tiden 19,62, som førte ham opp på Tredjeplass gjennom tidene på denne distansen. Gay ble verdensmester tre ganger under VM 2007 i Osaka, først vant han finalen på 100 meter med tiden 9,85 foran Derrick Atkins (9,91) fra Bahamas og Asafa Powell (9,96) fra Jamaica og siden 200 meter med nytt mesterskapsrekord på 19,76 foran Usain Bolt (19,91) fra Jamaica. Sin tredje gullmedalje vant han på 4 x 100 meter stafett der han løp tredje etappen, USA vant med tiden 37,78 foran Jamaica. Gay ble dermed den fjerde som har vunnet tre gull i et å samme VM. De tre andre er Carl Lewis, Michael Johnson og Maurice Greene.