W mistrzostwach świata FIDE systemem pucharowym, rozgrywanych w Libii w 2004 roku, Kasimjanov sprawił wielką niespodziankę, eliminując wyżej notowanych arcymistrzów: Wasilija Iwanczuka, Aleksandra Griszczuka i Weselina Topałowa, by w finale spotkać się z Michaelem Adamsem. W sześciopartiowym meczu finałowym obaj szachiści wygrali po dwie partie, losy tytułu rozstrzygnęły się więc w dogrywkach, granych przyspieszonym tempem gry. Kasimjanov wygrał pierwszą partię i zremisował drugą, zdobywając tym samym tytuł mistrza świata FIDE i prawo gry w cyklu unifikacyjnym z najwyżej notowanym szachistą świata, Garrim Kasparowem (do którego jednak nie doszło).
W 2006 r. odniósł duży sukces, zwyciężając na Korsyce w rozegranym z udziałem wielu zawodników światowej czołówki turnieju szachów szybkich (w finale pokonał Viswanathana Ananda). W 2007 r. wystąpił w rozegranych w Eliście meczach pretendentówCandidates Matches 2007., ale w I rundzie przegrał z Borysem Gelfandem i nie wywalczył awansu do turnieju o mistrzostwo świata w Meksyku.
Wielokrotnie reprezentował Uzbekistan w turniejach drużynowych, m.in.: ;