Na igrzyskach olimpijskich w Salt Lake City w 2002 roku we wszystkich konkurencjach plasował się w czołówce. W biegu indywidualnym i sprincie zajmował czwarte miejsce, przegrywając walkę o podium odpowiednio z Rosjaninem Wiktorem Majgurowem i Wolfgangiem Pernerem z Austrii (o 0,2 sekundy). W biegu pościgowym stanął jednak na najniższym stopniu podium, ulegając tylko Bjørndalenowi i Poirée. W ostatniej konkurencji, sztafecie, Niemcy zajęli tym razem drugie miejsce, przegrywając z Norwegami.
Największe sukcesy osiągnął na mistrzostwach świata w Chanty-Mansyjsku w 2003 roku, gdzie zdobył cztery medale. Najpierw był drugi w sprincie, ulegając tylko Bjørndalenowi. Dzień później wygrał w biegu pościgowym, plasując się przed Norwegiem Halvardem Hanevoldem i Fina Paavo Puurunena. Następnie był trzeci w biegu indywidualnym, w którym wyprzedzili go Hanevold i kolejny Fin, Vesa Hietalahti. Na zakończenie Niemcy z Großem w składzie zdobyli złoto w sztafecie. Kolejne trzy medale przywiózł z mistrzostw świata w Oberhofie rok później.