Zdobycie mistrzostwa świata Nokautując żywą legendę boksu Marciano był teraz na ustach całego bokserskiego świata. Nim jednak doszło do długo oczekiwanego starcia z mistrzem Jersey Joe Walcottem (który w międzyczasie obronił tytuł w swojej czwartej walce z Charlesem), musiał stoczyć walkę eliminacyjną przeciwko doświadczonemu „Kidowi” Matthewsowi (81-3-5). Marciano szybko uporał się z rywalem nokautując go już w drugiej rundzie.
Do 15-rundowej walki o mistrzostwo świata z Walcottem (51-16-2) doszło 23 września 1952 roku na wypełnionym po brzegi Municipal Stadium w Filadelfii. Ponad 40 000 widzów było świadkami dramatycznego boju, w którym szala zwycięstwa przechylała się w obie strony. Walcott, który zwykle zaczynał pierwsze rundy bardzo ostrożnie, tym razem zaatakował od pierwszego gongu. Udało mu się zaskoczyć Marciano szybkim lewym sierpowym. Rocky był liczony po raz pierwszy w swojej karierze, ale podniósł się na „4”. Mistrz ponawiał ataki w następnych rundach zdobywając przewagę. Dopiero w dalszej części walki pretendentowi udało się zniwelować nieco straty, lecz Walcott umiejętnie się bronił nie pozwalając Rocky’emu przejąć trwałej inicjatywy. Starcie było brutalne, obaj bokserzy broczyli obficie krwią. Marciano miał ranę na czole, a Walcott rozcięty lewy łuk brwiowy.