Dumoulin legde het 52,5 kilometer lange parcours af in een tijd van 1:04.23 en was daarmee 1 minuut en 21 seconden langzamer dan nummer één Dennis (1:03.02).
De strijd om het zilver was spannender. Dumoulin was op de finish slechts een halve seconde sneller dan de Belg Victor Campenaerts (1:04.24), die het brons pakte.
De 28-jarige Dennis haalde een gemiddelde van 49,59 kilometer per uur op het parcours van Rattenberg naar Innsbruck en veroverde daarmee zijn eerste wereldtitel tijdrijden. Hij werd wel al twee keer wereldkampioen op de ploegentijdrit met BMC.
Dennis treedt in de voetsporen van Michael Rogers, die tot nu toe de enige Australische wereldkampioen tijdrijden was. Rogers pakte de wereldtitel in 2003, 2004 en 2005.
Geen hoofdrol voor Kelderman
Bij het eerste tussenpunt na ruim 16 kilometer lag Dumoulin bijna negen seconden achter op Dennis. Bij het tweede meetpunt, boven op de enige beklimming in het parcours, was die achterstand al opgelopen tot ruim een minuut. De Limburger gaf in het laatste deel nog eens ruim twintig seconden toe op de Australiër.
Voor de andere Nederlanders Jos van Emden en Wilco Kelderman was geen hoofdrol weggelegd in Oostenrijk. Van Emden had veel moeite op de klim en eindigde als twintigste in 1:07.36. Kelderman ging als eerste van start en klokte de zestiende tijd: 1:07.23.
Dumoulin pakte vorig jaar de titel
Dennis had dit jaar al zes van de acht tijdritten waar hij aan de start stond gewonnen. Op een WK was hij nooit verder gekomen dan de vijfde plaats in 2014. De 28-jarige Australiër reed dit jaar nog voor BMC en zet zijn loopbaan volgend jaar voort bij Bahrain Merida.
Vorig jaar werd Dumoulin in het Noorse Bergen voor het eerst wereldkampioen tijdrijden. In 2014 pakte hij brons op het onderdeel in Ponferrada.
Dumoulin won twee van zijn vier eerdere tijdritten dit jaar. Hij schreef de eerste etappe van de Giro en de voorlaatste etappe van de Tour op zijn naam en werd ook nog derde in de tweede tijdrit van de Ronde van Italië.
Zondag worden de wereldkampioenschappen wielrennen afgesloten met de wegwedstrijd voor mannen. Een dag eerder strijden de vrouwen om de wereldtitel op de weg.