同樣是在山東威海這塊比賽場、同樣是女單決賽、同樣是陳夢與孫穎莎的對決，結果與一個月前的全國錦標賽相同，陳夢再一次獲得了最終的勝利。11月10日，2020國際乒聯女子世界盃女單決賽上，陳夢4比1戰勝孫穎莎，奪得女單冠軍。這是陳夢的首個女子世界盃冠軍，也是她首個「三大賽」的單項冠軍。
當日下午，孫穎莎與日本選手伊藤美誠率先進行半決賽的爭奪，兩位「00後」小將的對決從一開始就十分膠著，但發揮更加沉著穩定的孫穎莎佔據了更多主動，最終4比2贏下這場關鍵比賽，鎖定決賽席位。隨後的另一場半決賽在陳夢與德國削球手韓瑩之間展開，陳夢遭到了對方強烈的衝擊，最終苦戰7局贏下勝利，與孫穎莎會師決賽，幫助中國隊提前鎖定了此次世界盃的冠亞軍。
「決賽對於我們倆來說都是期待已久的，希望我們能發揮出正常水平，奉獻一場精彩的比賽。」正如陳夢賽前所言，這場代表著現世界女子乒壇最高水平的決賽格外精彩。決賽首局，陳夢在10比6領先的情況下被孫穎莎抓住機會，把握住關鍵分的孫穎莎13比11先下一局。次局開局，孫穎莎又打出了5比1的小高潮，此時陳夢積極調動接連追分最終11比6逆轉。隨後陳夢11比9、11比6、11比8連下三局，將大比分定格在4比1，問鼎女子世界盃。
能夠拿到頗具分量的世界盃冠軍，陳夢直言自己實現了突破：「能夠參加這次比賽是非常幸運的，我把握住了機會。拿下這次世界盃冠軍對我來說是個很大的突破，心情很激動。賽前我有很大壓力，決賽中在第一局失利、第二局落後的情況下追回來並能夠最終釋放和爆發，挺不容易的。」陳夢表示拿到冠軍讓她收穫了更多的信心，同時也積累了寶貴的大賽經驗，整個比賽過程還有很多值得總結的地方。孫穎莎認為決賽中雙方都發揮出了水平，但她在對局面的把控和細節的處理上做得不夠好，將好好總結經驗，在接下來的訓練中加倍努力。賽後國乒女隊主教練李隼肯定了陳夢和孫穎莎的世界盃「首秀」：「我非常滿意她們兩人的表現。這場決賽是她們過去一段時間訓練的體現，兩個人發揮都正常。」
三、四名決賽在伊藤美誠和韓瑩之間展開，伊藤美誠直落4局輕鬆取勝，獲得季軍。賽後伊藤美誠表示這場比賽她發揮得不錯：「半決賽輸了以後，我及時調整了心情，這場比賽我打得還不錯，發揮出了應有的水平，打出了自己的風格。」縱觀整個世界盃表現，伊藤美誠並不滿意，她只給自己打50分。（鹿麟攝）