W sezonie 2002 Vermeulen reprezentował holenderską ekipę Gerrit Ten Kate. Był to zdecydowanie lepszy rok dla Chrisa, który w klasyfikacji generalnej zajął 7. pozycję. Drugi sezon współpracy z zespołem zaowocował już tytułem mistrzowskim. W ciągu roku Vermeulen czterokrotnie zwyciężał, stając się najmłodszym w historii mistrzem tej serii.
WSBK (1. część) Sukces w WSS pozwolił Australijczykowi awansować do mistrzostw World Superbike, gdzie również startował w barwach Ten Kate Honda. Debiut w serii okazał się udany dla Vermeulena, który już w drugiej rundzie (w Australii) dwukrotnie znalazł się na drugiej pozycji. Na podium stawał jeszcze siedmiokrotnie, w tym cztery razy na najwyższym stopniu. W drugim wyścigu na Silverstone, Australijczyk odniósł pierwsze zwycięstwo, natomiast na amerykańskim torze Laguna Seca uzyskał pierwszy dublet (łącznie aż trzykrotnie z rzędu sięgał po wygraną). Ostatni triumf zanotował w pierwszym wyścigu w Assen. Pokaźny dorobek punktowy pozwolił Chrisowi zająć w końcowej klasyfikacji 4. pozycję.