เมื่อฉัตรชัยได้เปลี่ยนมาชกมวยสากลอาชีพ ทางกลุ่มผู้สนับสนุนได้ตั้งเป้าหมายให้ชิงแชมป์โลกรุ่นฟลายเวทกับ ยูริ อาร์บาชาค็อฟ แชมป์โลกชาวรัสเซีย ฉัตรชัยชกอุ่นเครื่องอยู่หลายครั้ง จนมีสถิติชกทั้งหมด 20 ครั้ง ไม่เคยแพ้ไม่เคยเสมอ เป็นการชนะน็อก 15 ครั้ง จึงได้มีโอกาสชิงแชมป์โลกในรุ่นฟลายเวท WBC กับอาร์บาชาค็อฟ เมื่อเดือนกันยายน พ.ศ. 2538 ถึงประเทศญี่ปุ่น การชกเป็นไปอย่างคู่คี่ แต่อาร์บาชาค็อฟออกหมัดได้จะแจ้งกว่าในยกท้าย ๆ จึงเป็นฝ่ายชนะคะแนนไปอย่างเป็นเอกฉันท์

ฉัตรชัย ยังคงชกมวยต่อมา จนเมื่อต้นปี พ.ศ. 2540 ยูริ อาร์บาชาค็อฟต้องการแขวนนวม แต่ทางผู้จัดการยังต้องการให้ชกต่ออีกสักครั้ง ฉัตรชัยจึงได้ชิงแชมป์เฉพาะกาล (Interim Champion) ในรุ่นนี้ กับ อีซาเลียส ซามูดิโอ นักมวยชาวเม็กซิกัน และเป็นฝ่ายชนะคะแนนไป และป้องกันตำแหน่งไว้ได้อีกหนึ่งครั้ง ก่อนที่จะพบกับ ยูริ อาร์บาชาค็อฟ อีกครั้งในปลายปี ซึ่งครั้งนี้ฉัตรชัยเป็นฝ่ายชนะคะแนนไปอย่างขาดลอย จึงกลายเป็นแชมป์โลกตัวจริงไปทันที

ในปี พ.ศ. 2541 ฉัตรชัยชกป้องกันตำแหน่งไว้ได้อย่างสวยงามอีก 2 ครั้ง กับนักมวยชาวเกาหลีใต้ ก่อนที่จะเสียตำแหน่งไปในปลายปี โดยไม่มีใครคาดฝัน เมื่อเป็นฝ่ายแพ้น็อกยก 8 แมนนี่ ปาเกียว นักมวยชาวฟิลิปปินส์ ที่วิทยาลัยทองสุข เขตตลิ่งชัน โดยฉัตรชัยโดนหมัดสวนของปาเกียวเข้าไปเต็ม ๆ ซึ่งก่อนการชกในครั้งนี้ ฉัตรชัย ต้องเผชิญกับปัญหาชีวิตส่วนตัว คือ ภรรยาที่อยู่กินด้วยกันมาได้หนีไปกับชายคนใหม่เพียงไม่กี่วัน โดยที่ฉัตรชัยไม่รู้ตัวมาก่อน ประกอบกับการฟิตซ้อมไม่เต็มที่ จึงทำให้เสียแชมป์โลกไปในที่สุด

โดยฉัตรชัยถือได้ว่าเป็นนักมวยที่พื้นฐานมวยสากลดีเยี่ยม เนื่องจากเคยชกมวยสมัครเล่นมาก่อน แต่มีจุดอ่อนคือ การฟิตซ้อมน้อยและมักมีปัญหาส่วนตัวเข้ามากระทบอยู่เสมอ ๆ