Na mistrzostwa świata do koreańskiego Daegu Kirani James, z racji najlepszego w tym sezonie wyniku na świecie, jechał w roli faworyta. Przez eliminacje i półfinał przebrnął bez problemów, ale jego najgroźniejszy rywal, obrońca tytułu LaShawn Merritt, już w eliminacjach uzyskał najlepszy na świecie czas 44,35. Finał odbył się 30 sierpnia, 2 dni przed 19 urodzinami Jamesa. Obaj zawodnicy rozstawieni zostali na sąsiadujących ze sobą torach – Merritt na 4, a James na 5. Amerykanin wolno wyszedł z bloków, jednak aż do ostatniej prostej utrzymywał się na prowadzeniu. To właśnie na ostatnich 100 metrach James okazał się silniejszy i przebiegł linię mety 3 setne przed rywalem, ustanawiając rekord kraju 44,60 i stając się najmłodszym mistrzem świata w biegu na 400 metrów w historii oraz pierwszym grenadyjskim medalistą mistrzostw świata.
8 września podczas zawodów Diamentowej Ligi w Zürichu nowy mistrz świata wynikiem 44,36 ustanowił rekord Grenady. Za zwycięstwo otrzymał osiem punktów, co z czterema z Londynu dało w sumie dwanaście i zwycięstwo w całym cyklu.
Na koniec sezonu 2011 został uznany za wschodzącą gwiazdę światowej lekkoatletyki.