Die Saison 2008/09 war Vonns bisher erfolgreichste. In Levi feierte die US-Amerikanerin den ersten Sieg in einem Slalom. Sie fuhr in der Folge noch drei weitere Mal in dieser Disziplin auf das Podest und konnte in Garmisch-Partenkirchen den zweiten Sieg in dieser Disziplin feiern. Im Riesenslalom fuhr sie sechsmal unter die ersten zehn (bei acht ausgetragenen Rennen) und erreichte in Aspen mit dem vierten Platz ihr bisher bestes Riesenslalom-Ergebnis. In ihrer Paradedisziplin, der Abfahrt, konnte Vonn zum fünften Mal in Folge die Abfahrt im kanadischen Wintersportort Lake Louise. Insgesamt kam sie noch fünf weitere Male auf das Podest und beim Weltcupfinale in Åre holte sie sich noch einen zweiten Abfahrtssieg in dieser Saison. Die Saison lief auch im Super-G für Vonn sehr erfolgreich. Nach anfänglichen Schwierigkeiten feierte sie anschließend souverän vier Siege hintereinander.

Bei der Weltmeisterschaft 2009 in Val-d'Isère wurde Vonn ihrer Favoritenrolle gerecht; sie gewann in der Abfahrt und im Super-G jeweils die Goldmedaille. In der Super-Kombination führte sie nach dem Abfahrtslauf, beging jedoch im Slalom einen Torfehler und wurde disqualifiziert. Bei der Siegesfeier für die WM-Abfahrt verletzte sich an einer zersplitterten Champagnerflasche und schnitt sich dadurch die Beugesehne am Daumen durch, die genäht werden musste. Sie konnte den Riesenslalom nicht bestreiten und ging gehandicapt beim WM Slalom an den Start, wo sie im zweiten Durchgang ausfiel, nachdem sie im ersten Lauf den zweiten Zwischenplatz belegt hatte.

Vonn krönte die Saison 2008/09 schließlich drei Rennen vor Schluss zum zweiten Mal in Folge mit dem souveränen Gewinn des Gesamtweltcups. Sie hatte sich in dieser Saison zur perfekten Allrounderin entwickelt, was ihre Ergebnisse in den Disziplinenwertungen bestätigen. Sie gewann zum zweiten Mal den Abfahrtsweltcup, holte sich dazu noch den Super-G-Weltcup, wurde im Super-Kombinationsweltcup Zweite, im Slalomweltcup Dritte und im Riesenslalomweltcup Achte. Bei insgesamt 34 ausgetragenen Weltcuprennen feierte sie neun Siege, in vier Disziplinen, war 16 Mal auf dem Podest und fuhr 26 Mal unter die ersten Zehn.