Det märkliga inträffade i semifinalen i måndags att Armstrong gick till fel bana och simmade på greken Evangelos Makrygiannis.
Det kunde ha slutat med en diskning, men arrangören tog på sig misstaget.
I finalen fick Armstrong tufft motstånd – men slog handen i kaklet på 52,68, två hundradelar före träningskompisen på University of Californa, spanjoren Hugo Gonzalez.
— Jag kunde se honom hela vägen. Det var en fajt varje meter, säger Armstrong i arenaintervjun.
Hunter Armstrong gick in som favorit och tog sitt första VM-guld på distansen efter att ha tagit två brons både 2022 och 2023.
Det var USA:s fjärde guld i VM i Doha och Armstrong kan ta ytterligare ett senare i veckan på halva distansen där han är regerande mästare.
Även i damernas 100 meter ryggsim blev det amerikansk seger genom Claire Curzan, silvermedaljör på 100 meter fjäril i måndags.
Det var 19-åringens första individuella VM-guld i långbana.
Tang Qianting, Kina, vann 100 meter bröstsim i den final som Sophie Hansson missade. Frisimsstjärnan Siobhan Haughey, Hongkong, skrällde och tog brons, 65 hundradelar efter kinesiskan som vann på 1.05,27.
