Antonietta Di Martino jaoks tähistas treenerivahetus Davide Sessalt Massimiliano Di Matteole 2009. aastal tema vormi taastumist. Ta võitis Itaalia siseruumide meistrivõistlused, kuid haiguse tõttu jäi ta mõne kuu pärast 2009. aasta Euroopa siseruumide meistrivõistlustelt välja. Ta võitis pronssi 2009. aasta Euroopa Meistrivõistlustel.
Ja varsti pärast seda võitis ta Blanka Vlašici, olles võitnud Kuldse Gala koosoleku, hüppades 2,00 meetrit Roomas. 2009. aasta kergejõustiku maailmameistrivõistlustel läbis ta 1,99 meetrit ja saavutas neljanda koha. Ta lõpetas aasta maailma kergejõustiku finaali viimastel võistlustel ja abiellus oma uue treeneri Di Matteoga.