Fan Zhendong participó en tres Campeonatos Mundiales de Tenis de Mesa individuales. La primera vez fue el Campeonato Mundial de Tenis de Mesa de 2013 en París. Ocupó el segundo lugar en la selección por equipos y ganó la cuota de individuales, convirtiéndose en el caballo oscuro más grande. Perdió ante Zhang Jike en cuartos de final y se perdió las semifinales.
La segunda vez fue en el Campeonato Mundial de Tenis de Mesa de Suzhou 2015. Fan Zhendong derrotó al mayor oponente del equipo chino, Boll, en los cuartos de final y entró en las semifinales. Perdió ante Malone en las semifinales.
La tercera vez fue en el Campeonato Mundial de Tenis de Mesa de 2017 en Dusseldorf. Fan Zhendong se enfrentó al campeón defensor Ma Long en la final. Lucharon durante siete juegos y lideraron 9-7 en el juego decisivo, pero finalmente perdieron 10. -12.
En la Copa Mundial por Equipos y en el Campeonato Mundial de Tenis de Mesa por Equipos de 2018, Fan Zhendong jugó el papel principal en cada juego y fue llamado un trabajador modelo. Fue el mayor contribuyente a estos dos campeonatos por equipos y también reflejó la situación. estilo de un campeón del mundo.
De hecho, Fan Zhendong tuvo la oportunidad de ganar el campeonato ya en el Campeonato Mundial de Tenis de Mesa de 2017. Ma Long y Fan Zhendong, quienes protegieron las mitades superior e inferior respectivamente, llegaron hasta la final. En la final, Fan Zhendong y Ma Long lucharon ferozmente durante siete juegos.
Al final, perdieron ante Malone 3:4 y terminaron segundos. En el Campeonato Mundial de Tenis de Mesa de 2019, Liang Jingkun lo eliminó y se perdió el campeonato temprano. En el Campeonato Mundial de Tenis de Mesa de 2021 en Houston, aunque Ma Long no participó, fue muy difícil para Fan Zhendong abrirse paso en la mitad superior donde se concentraba el equipo nacional de tenis de mesa. La presión sobre él se puede imaginar.