I det siste rennet tok Varholm ledelsen i andre enden av distansen og kom i mål på 46,89 sekunder. Den britiske Virgin-hekkeløperen Kyron McMaster tapte for ham med nesten et halvt sekund eller 0,45 sekunder, mens amerikanske Ray Benjamin fullførte ytterligere 0,22 sekunder senere.
Estlands ledende hekkeløper Rasmuss Megi ble nummer sju på 48,33 sekunder.
Den 27 år gamle Warholm vant også gull i 2017 og 2019 mesterskap, men fjorårets mislykkede finale tvang ham til å nøye seg med syvendeplassen.
I mellomtiden vant britiske Josh Kerr gullmedaljen på 1500 meter i friidretts-VM, og slo Warholms landsmann Jakob Ingebrigtsen til mål.
Kerr, som ble rangert som sjuende i verden før finalen, kom i mål på tre minutter og 29,38 sekunder, og la til en verdensmesterskapsgullmedalje til bronsemedaljen hennes ved OL i Tokyo i 2021.
Ingebrigtsen ble nummer to for andre Masters på rad og var 0,27 tregere enn Kerr. En annen nordmann, Narve Gilje Noordoss, tapte for ham med bare tre hundredeler av et sekund.
I en lignende avslutning i fjor ble Ingebrigtsen slått av en annen britisk rytter, Jake Whitman, som ikke startet i Budapest på grunn av en fotskade.
Masterløpet vil finne sted frem til 27. august, med deltagelse av mer enn 2000 friidrettsutøvere fra 202 land rundt om i verden.
«Lidenskapelig spiller. Venn av dyr overalt. Generell alkoholevangelist. Banebryter for sosiale medier. Zombie-nerd.»