Felipe Lima entró en el Campeonato Mundial de Natación en Piscina Corta de 2006 en Shanghái, donde terminó 12º en los 50 metros pecho[2] y 17 en los 100 metros pecho.
[24] En la final, volvió a superar a sí mismo, alcanzando su mejor tiempo personal sin un traje de alta tecnología, en 59s65, ganando una medalla de bronce histórico para Brasil.
Fue la primera vez en la historia que un brasileño había ganado una medalla en los 100 metros pecho en el Campeonato Mundial.
[25][26] En los 50 metros pecho, se perdió la final del Campeonato Mundial mientras corría más lento que en las eliminatorias, y terminó en noveno lugar.
[27] En el relevo 4 × 100 metros medley, terminó 12º, junto con Marcelo Chierighini, Leonardo de Deus y Nicholas Santos.
[30][31] Antes, ya había ganado una medalla de plata en los 100 metros pecho.
También ayudó al relevo 4 × 100 m medley de Brasil a clasificarse para la final, nadando en las eliminatorias.
Fue la primera vez que Brasil ganó dos medallas en el mismo evento, en un Campeonato del Mundo: João Gomes Júnior se quedó con el bronce.