W 2000 uzyskał dwa złote medale podczas IO w Sydney, stając się zarazem pierwszym zawodnikiem w historii, który wygrał rywalizację na 20 i 50 km podczas jednych igrzysk. W tym samym roku na zawodach lekkoatletycznych w Hildesheim ustanowił rekord Polski w chodzie na 20 km – 1:18:22, a także zdobył PE w Eisenhuettenstadt. W 2001 zdobył tytuł mistrza świata w Edmonton w chodzie na 50 km oraz zajął drugie miejsce w chodzie na 20 km na Igrzyskach dobrej woli w Brisbane. W 2002 zwyciężył w mistrzostwach Europy w Monachium w chodzie na 50 km, a zwycięskim wynikiem – 3:36:39 – ustanowił rekord świata. 27 sierpnia 2003 podczas MŚ w Paryżu uzyskał swój trzeci w karierze tytuł mistrzowski w chodzie na 50 km, a wynikiem 3:36:03 ustanowił nowy rekord świataW czerwcu 2004 Dienis Niżegorodow poprawił wynik Korzeniowskiego, jednak ze względu na uchybienia formalne jego wynik nie został uznany przez federację IAAF. 2 grudnia 2006 lepszy rezultat – 3:35.47 – uzyskał Nathan Deakes. W 2003 i 2004 był zwycięzcą IAAf World Walking Challenge na 20 i 50 km. W 2004 podczas IO w Atenach zdobył czwarty w karierze złoty medal olimpijski w chodzie na 50 km, stając się pierwszym zawodnikiem w historii chodu światowego i pierwszym polskim sportowcem, który zdobył złote medale na trzech igrzyskach z rzędu.