Han deltok ved Ski-VM 2011 i Oslo, der han vant gull i normalbakke/10 kilometer individuelt, han tok sølv i lagkonkurransen i normalbakke og han tok bronse i stor bakke individuelt. I VM 2013 i Val di Fiemme ble Frenzel verdensmester på stor bakke / 10 km. Etter at han satt bakkerekord med 138.5 meter i hoppkonkurransen gikk han alene gjennom hele langrennet og seieren var aldri truet. Frenzel var ankermann på det tyske laget som vant gull i lagkonkurranse, normalbakke under Ski-VM 2015 i Falun.