Lors des championnats des États-Unis 2017, à Sacramento, Phyllis Francis termine de nouveau deuxième de la finale du 400 m, devancée lors de ces championnats par sa compatriote Quanera Hayes, descendant pourtant une nouvelle fois sous les 50 secondes (49 s 96). Le , qualifiée pour la finale des championnats du monde de Londres, elle remporte à la surprise générale le titre mondial du 400 m en 49 s 92, signant un nouveau record personnel. Elle devance la Bahreïnie Salwa Eid Naser (50 s 06) et Allyson Felix (50 s 08)[3].
En 2019, le , lors des championnats du monde de Doha, elle porte son record à 49 s 61[4] mais, dans cette course extrêmement relevée, où les cinq premières battent leurs records respectifs, c'est très insuffisant pour monter sur le podium, au sommet duquel se hisse, avec le chrono de 48 s 14, la nouvelle reine de la discipline, Salwa Eid Naser[5]. Phyllis rentre néanmoins du Qatar avec une médaille d'or, en effet, le , elle fait partie de l’équipe américaine qui remporte le relais 4 × 400 mètres devant l'équipe polonaise, dans le temps de 3 min 18 s 92[6].
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