เมื่อชกมวยไทยจนไม่มีใครสู้ มีเพียงผล พระประแดง คนเดียวที่ปราบไม่ได้ จำเริญจึงหันมาชกมวยสากลอย่างจริงจัง ได้ชิงแชมป์ OPBF รุ่นเฟเธอร์เวท แต่ไม่สำเร็จ แพ้คะแนน ลาร์รี่ บาตาน ที่ฟิลิปปินส์แบบสูสี จึงได้รับการสนับสนุนจาก พ.ต.อ. เผ่า ศรียานนท์ ให้ขึ้นชิงแชมป์ OPBF รุ่นไลท์เวทคราวนี้จำเริญสร้างประวัติศาสตร์ครองแชมป์ OPBF เป็นคนแรกของไทย ชนะคะแนน สปีดี้ คาบาเนลลา เมื่อ 13 ตุลาคม พ.ศ. 2495

จำเริญป้องกันแชมป์ OPBF ครั้งเดียวแล้วจึงสละตำแหน่ง ลดลงมาชกรุ่นแบนตัมเวท จนได้ชิงแชมป์โลกกับจิมมี่ คาร์รัทเธอร์ (ออสเตรเลีย) แต่เป็นฝ่ายแพ้คะแนนไป ในการชกครั้งนี้ที่จัดที่สนามกีฬาจารุเสถียร (บางข้อมูลระบุว่าเป็นสนามศุภชลาศัย[1]) เมื่อวันที่ 2 พฤษภาคม พ.ศ. 2497 เป็นสนามกีฬากลางแจ้ง ปรากฏว่าเย็นนั้นฝนตกหนักจนมีน้ำขังบนเวที กรรมการและสักขีพยานเสนอให้เลื่อนการชกออกไปก่อน แต่เมื่อปรึกษากับนักชกทั้งสองฝั่งแล้ว ตกลงกันว่า จะทำการชกต่อไปตามแผนเดิม โดยจิมมี่ คาร์รัทเธอร์ เสนอให้ถอดรองเท้าชกด้วยเท้าเปล่า ทั้งคู่ชกโดยไม่สวมรองเท้า ท่ามกลางฝนที่ตกลงมาอย่างหนักเป็นเวลานับชั่วโมง ในที่สุดการชกก็สิ้นสุดลงในยกที่ 12 เมื่อไฟนีออนที่ให้แสงสว่างบนเวทีถูกลมพัดตกลงมาแตก และเศษแก้วบาดเท้าของนักมวย ไม่สามารถชกต่อได้ ผลการนับคะแนนปรากฏว่าจำเริญ ทรงกิตรัตน์เป็นฝ่ายพ่ายแพ้ ทั้ง ๆ ที่ท้าย ๆ การชกจำเริญเป็นฝ่ายชกคาร์รัทเธอร์บอบช้ำเจียนไปเจียนอยู่หลายครั้ง ถึงขนาดที่ พล.ต.อ.เผ่า ศรียานนท์ ประธานในการชกที่นั่งส่องกล้องดูอยู่ถึงกับอุทานว่า "มันตัดสินยังไงของมันวะ" การชกครั้งนี้ได้รับการบันทึกว่า เป็นการชกชิงแชมป์โลกมวยสากลในยุคใหม่ ครั้งแรกและครั้งเดียว ที่นักชกชกด้วยเท้าเปล่า โดยไม่สวมรองเท้า [2] ซึ่งการชกครั้งนี้ได้รับการวิจารณ์ว่าหากการชกไปตามกติกาเดิม คือ 15 ยก จำเริญน่าจะเป็นฝ่ายชนะน็อกคารัทเธอร์

หลังจากป้องกันแชมป์กับจำเริญ คาร์รัทเธอร์สละตำแหน่งไป จำเริญจึงได้ชิงแชมป์โลกอีกครั้งภายในปีเดียวกัน แต่ไม่สำเร็จอีก ในการชกชิงแชมป์ครั้งนี้กับโรแบร์ โคฮัง เมื่อวันที่ 19 กันยายน พ.ศ. 2497 ที่สนามศุภชลาศัย จำเริญชกได้ไม่ดี ถูกนับสองครั้ง และแพ้คะแนนนักชกจากฝรั่งเศสไป[3]

เมื่อได้แชมป์ไปแล้ว โคฮังปฏิเสธ ไม่ยอมป้องกันแชมป์กับราอูล มาเซียส (เม็กซิโก) NBA (WBA ปัจจุบัน)จึงให้มาเซียสชิงแชมป์ว่างกับจำเริญที่สหรัฐอเมริกา จำเริญจึงได้ชิงแชมป์โลกครั้งที่ 3 เมื่อ 9 มีนาคม พ.ศ. 2498 ไม่สำเร็จอีกเช่นเคย แพ้น็อค มาเซียส ยก11 จำเริญจึงแขวนไปหลังจากชกแพ้ครั้งนี้