จากนั้นอีก 6 ปี ต่อมา จึงได้หันมาชกมวยสากลอาชีพ โดยแรกเริ่มอยู่ในสังกัดของ ธรรมนูญ วรสิงห์ ผู้จัดการของ เนตรน้อย ศ.วรสิงห์ แต่ต่อมา พเยาว์ได้ย้ายไปอยู่ในสังกัดของจูน ซาเรียล โปรโมเตอร์ชาวฟิลิปปินส์ และได้รับการบรรจุชื่อในอันดับของสถาบันมวยภาคตะวันออกไกลและแปซิฟิก (OPBF) จนกระทั่งได้รับการติดต่อให้ไปชิงแชมป์ภาค ฯ กับ ซุน ซุน กวอน นักมวยชาวเกาหลีใต้ ที่โซล ถิ่นของแชมป์ พเยาว์ที่ซึ่งการฟิตซ้อมไม่พร้อม เนื่องจากรู้กำหนดการชกไม่นาน ก็ยังสามารถชกแชมเปี้ยนลงไปนับ 8 กับพื้นเวที ได้ครั้งหนึ่ง ก่อนจะครบ 12 ยก กรรมการจึงรวมคะแนนให้แชมป์ชาวเกาหลีใต้ชนะไปอย่างค้านสายตา

แต่เมื่อกลับมา พเยาว์ได้รับการปลุกปั้นอย่างจริงจัง จากกลุ่มผู้สนับสนุนกลุ่มใหม่ คือ สหสมภพ ศรีสมวงศ์ พเยาว์สร้างผลงานดีขึ้นเรื่อย ๆ เช่น ชนะน็อก แดน พิศาลชัย อดีตนักมวยสร้างชาวไทยด้วยกัน ชนะน็อก ฮวาง ช็อค ลี นักมวยชาวเกาหลีใต้ ชนะคะแนน อลองโซ่ สตรองโบ นักมวยชาวอเมริกัน ชนะคะแนน ฮวน ไดแอซ นักมวยชาวเม็กซิกันอย่างสวยสดงดงาม

พเยาว์ พูลธรัตน์ ขึ้นชิงแชมป์โลกในรุ่นซูเปอร์ฟลายเวท (115 ปอนด์) ของสภามวยโลก (WBC) กับ ราฟาเอล โอโรโน แชมป์โลกชาวเวเนซุเอลา ที่ โรงแรมแกรนด์ พาเลซ พัทยา ในคืนวันที่ 27 พฤศจิกายน พ.ศ. 2526 โดยที่ขณะนั้น โอโรโน่ ป้องกันตำแหน่งมาได้ 3 ครั้งแล้ว และก่อนที่จะมาเดินทางมาเมืองไทย โอโรโน่เพิ่งป้องกันตำแหน่งไว้ได้หมาด ๆ ในเดือนตุลาคม เดือนเดียวก่อนหน้านี้เอง ที่กรุงคารากัส ประเทศบ้านเกิด

ผลการชก พเยาว์ พูลธรัตน์ เอาชนะคะแนนไปได้อย่างหวุดหวิด ท่ามกลางความตื่นเต้น ดีใจของคนทั่วประเทศ เนื่องจากเวลานั้น เมืองไทยอยู่ในสภาพปลอดแชมป์โลกมานานเกือบ 6 ปี แล้ว (โดยแชมป์คนสุดท้ายคือ แสนศักดิ์ เมืองสุรินทร์ เสียแชมป์เมื่อวันที่ 30 ธันวาคม พ.ศ. 2521) ต้นปี พ.ศ. 2527 พเยาว์ ป้องกันตำแหน่งครั้งแรกโดยชนะทีเคโอยก 10 กูดี เอสปาดาส อดีตแชมป์โลกชาวเม็กซิกัน ที่เวทีราชดำเนิน อย่างงดงาม แต่ก็เกือบแพ้ไปเหมือนกัน เพราะพเยาว์ถูกชกลงไปให้กรรมการนับ 8 ก่อนในยกแรก ๆ

บนรถเบนซ์เปิดประทุนของ นายกำพล วัชรพล ผู้ก่อตั้งหนังสือพิมพ์ไทยรัฐที่นำไปรับเฉลิมฉลอง หลังจากได้เหรียญทองแดงโอลิมปิก

จากนั้น จิโร วาตานาเบ้ แชมป์โลกรุ่นเดียวกันของสมาคมมวยโลก (WBA) ติดต่อให้พเยาว์เดินทางไปเดิมพันตำแหน่งล้มแชมป์ด้วยที่เมืองโอซาก้า ประเทศญี่ปุ่น แต่เมื่อถึงวันชก สมาคมมวยโลกได้ปลดวาตานาเบ้ออกจากตำแหน่งแชมป์ เนื่องจากไม่เห็นชอบด้วยกับการชก (ซึ่งตำแหน่งแชมป์ของสมาคมมวยโลกที่ว่างลงนี้ ต่อมาผู้ที่ชนะในการชิงแชมป์ว่างคือ เขาทราย แกแล็คซี่) ทำให้การชกในวันนั้นจึงกลายเป็น พเยาว์ ป้องกันตำแหน่งกับ จิโร วาตานาเบ้ แทน ซึ่งผลการชก พเยาว์ทำได้ดี ดูแล้วน่าจะเป็นผู้ชนะ แต่เมื่อครบ 12 ยกแล้ว กรรมการรวมคะแนนให้ จิโร วาตานาเบ้ ชนะ ได้แชมป์ไปครองแทน ท่ามกลางความเห็นแย้งของชาวไทย[2]

พเยาว์ (กางเกงน้ำเงิน) ในการชกที่แพ้ จิโร วาตานาเบ้ เสียแชมป์โลกพเยาว์ (ซ้าย) ถูกหมัดของวาตานาเบ้ในไฟท์แก้มือ ซึ่งพเยาว์เป็นฝ่ายแพ้น็อกไปในยกที่ 11

ปลายปี เมื่อวันที่ 29 พฤศจิกายน พ.ศ. 2527 พเยาว์จึงได้โอกาสล้างตาอีกครั้งกับ จิโร วาตานาเบ้ แต่ผลการชกในครั้งนี้ พเยาว์แพ้น็อกยก 11[3] ไปอย่างสิ้นสภาพ ไม่มีข้อสงสัย พเยาว์ขึ้นชกมวยครั้งสุดท้ายในชีวิต โดยการเป็นบันไดให้กับ ก้องธรณี พยัคฆ์อรุณ นักมวยสร้างรายใหม่ในขณะนั้น ด้วยการแพ้คะแนน