Zhao a avut nevoie să câștige doar încă un frame în sesiunea de seară pentru a-și adjudeca titlul istoric în cel mai bun din 35 de meciuri, la Sheffield, în ciuda unei reveniri energice a lui Williams.
Jucătorul în vârstă de 28 de ani a construit un avantaj de 11-6 duminică și, cu titlul în vizor, l-a întors pe Williams în sesiunea de după-amiază de luni.
Zhao a câștigat patru din primele cinci frame-uri pentru a se distanța la 15-7, ridicând perspectiva de a câștiga finala cu o sesiune înainte de final.
Dar în sesiunea de seară, un Williams întinerit a forțat revenirea, ajungând la 9-17 după un break de 101, înainte de a câștiga al doilea frame al serii, după ce a profitat de greșelile adversarului său pentru a reduce diferența la șapte frame-uri.
Apoi a încheiat al treilea frame consecutiv cu un impresionant 96, în timp ce cea mai improbabilă revenire a început să dea semne de viață.
Williams s-a asigurat că finala va trece de pauză, încheind al 12-lea frame cu un 73, forțându-l pe Zhao să zâmbească ironic.
Zhao îl doboară pe Williams
După pauză, Zhao a acumulat 23 înainte de o greșeală la un roșu lung, deși Williams nu a reușit să profite de un negru lung cu restul într-un moment crucial al meciului.
El a construit apoi un avantaj pentru a confirma în cele din urmă victoria 18-12 cu un break 110 colectat pentru a obține primul său trofeu mondial.
Zhao a devenit primul chinez din istorie care reușește să câștige Campionatul Mondial de Snooker.
Zhao este doar al doilea finalist al Chinei la Campionatul Mondial, după Ding Junhui la ediția din 2016.
Suspendat pentru trucarea de meciuri
Dar, în timp ce Ding a fost învins de Mark Selby în finala de acum nouă ani, Zhao a făcut o demonstrație de forță pentru a ajunge la un pas de a deveni primul campion mondial de snooker din Asia.
Zhao ar fi unul dintre cei mai neașteptați câștigători ai turneului.
El joacă ca amator, în timp ce își continuă revenirea după o interdicție de 20 de luni pentru implicarea într-un scandal de pariuri din 2023.
Zhao, care a câștigat Campionatul Regatului Unit din 2021, a acceptat acuzațiile de a fi părtaș la aranjarea a două meciuri de către un alt jucător și de a paria el însuși pe meciuri.
Controversa a dus la pedepsirea a 10 jucători chinezi, cu interdicții pe viață pentru Liang Wenbo și Li Hang.
Statutul de amator al lui Zhao a însemnat că a trebuit să treacă prin patru runde de calificare doar pentru a ajunge pe tabloul principal al Campionatului Mondial de la Crucible, care se află la câțiva pași de casa sa din Sheffield.