Antonietta Di Martinon kunnosta nousi vuonna 2009 valmentajan vaihto Davide Sessasta Massimiliano Di Matteoon. Hän voitti Italian sisätila-mestaruuden, mutta sairaus sulki hänet pois vuoden 2009 Euroopan sisätila-mestaruudesta muutamaa kuukautta myöhemmin. Hän voitti pronssin vuoden 2009 Euroopan joukkuemestaruuskilpailussa.
Pian sen jälkeen hän voitti Blanka Vlasicin ja voitti Kultaisen gaalan, hyppäämällä 2,00 metriä Roomassa. Hän selvitti 1,99 metriä vuoden 2009 maailmanmestaruuskilpailussa, ja sijoittui neljänneksi. Hän päätti vuoden pronssilla World Athletics Final -kilpailussa ja meni naimisiin uuden valmentajansa Di Matteon kanssa.