For Antonietta Di Martino markerede skiftet af træner fra Davide Sessa til Massimiliano Di Matteo i 2009 en genopblomstring af hendes form. Hun vandt det italienske indendørs mesterskab, men sygdom udelukkede hende fra det europæiske indendørs mesterskab i 2009 et par måneder senere. Hun vandt bronze ved Europamesterskabet 2009
Og kort tid efter slog hun Blanka Vlašić for at vinde Golden Gala-mødet, hvor hun sprang 2,00 m i Rom. Hun klarede 1,99 m ved verdensmesterskaberne i atletik i 2009, hvor hun sikrede sig en fjerdeplads. Hun afsluttede året med en bronze ved den sidste udgave af World Athletics Final og giftede sig med sin nye træner Di Matteo.