Sjöström vann 100 meter fritt på tiden 53,55 och sänkte sin tid med 1,2 sekunder jämfört med semifinalen. Hon besegrade EM-guldvinnaren Marrit Steenbergen, Nederländerna, med 29 hundradelar.
Hennes tid är den näst snabbaste på 100 meter fritt i år. Amerikanskan Abbey Weitzeil simmade för tio dagar sedan på 53,38.
Sjöström tog i fjol VM-silver på distansen, men valde att inte simma den på EM i Rom.
Just EM i augusti var Sjöströms senaste tävling. Hon tog tävlingsledigt under hösten och stod över kortbane-VM i Melbourne.
Egentligen skulle den svenska stjärnan ha gjort tävlingscomeback i januari men stoppades då av ett ryggskott.
På lördagen vann hon också 50 meter fjäril på världsårsbästa och var med sin segertid på 25,25 bara tre tiondelar över sin VM-guldtid från i fjol.
Sjöström var också anmäld på 50 meter ryggsim, simmade försök och kvartsfinal men strök sig från semifinalen.
Hon noterade 28,70 i kvartsfinalen och hade där femte tid.