Sjöström noterade den fjärde snabbaste tiden genom tiderna på distansen med 56,76. Det var samtidigt svenskt rekord med åtta tiondelar och personligt rekord med 1,11 sekunder.
Tiden var också nytt mästerskapsrekord i VM.
Sjöström hade verkligen lärt läxan från OS i Peking förra året då adrenalinet pumpade så hårt att Sjöström, Europamästarinna som 14-åring förra våren, tog helt slut efter en snabb start och missade avancemang.
Nu gick hon ut hårt och höll hela vägen. I mål var hon bara 15 hundradelar över holländskan Inge de Bruijns nio år gamla världsrekord. Hon slog Therese Alshammars svenska rekord med åtta tiondelar.
Dana Vollmer, USA, var näst snabbast i försöken med 57,15. Gabriella Fagundez missade avancemang och hennes 59,95 räckte bara till 36:e plats. Semifinalen simmas på söndagskvällen.