Por todo ello tuvo por fin una oportunidad mundialista, ante Julio César Vázquez por el título de la WBA superwelter pero cayó por decisión unánime en doce asaltos, las puntuaciones fueron 114-115, 114-115 y 111-120.

Este título lo defendería en cuatro ocasiones antes de caer ante Laurent Boudouani en el noveno asalto por nocaut técnico.

Castillejo ganó el combate por decisión y se convirtió por primera vez en Campeón del Mundo de la WBC.

El combate fue muy duro pero Castillejo logró vencer por nocaut técnico en diez asaltos y proclamarse nuevo campeón mundial, el mayor de todos los que le volvían a ganar (38 años).

Poco después defendió su título ante Mariano Natalio Carrera ante el que perdió por nocaut técnico en once asaltos, pero su título le fue devuelto el 23 de febrero ya que Carrera dio positivo en un test antidopaje por clembuterol y fue sancionado durante seis meses.

Tras su retirada en 2010 se ha dedicado a su escuela de boxeo, situada en Parla, y que sigue dirigiendo en la actualidad.