เทพฤทธิ์ขึ้นชิงแชมป์โลกเฉพาะกาลในรุ่นซูเปอร์ฟลายเวทของสมาคมมวยโลก ชนะคะแนน เดรียน ฟรานซิสโก นักมวยชาวฟิลิปปินส์ที่ไม่เคยแพ้ใครมาก่อน ไปได้อย่างเป็นเอกฉันท์ด้วยคะแนน 114-113, 114-113 และ 117-111 ในวันที่ 1 พฤษภาคม พ.ศ. 2554[2] โดยสามารถชกให้ฟรานซิสโกลงไปให้กรรมการนับ 8 ได้ในยกที่ 3 อีกด้วย ที่โรงเรียนเบญจมเทพอุทิศ ตำบลคลองกระแชง อำเภอเมืองเพชรบุรี จังหวัดเพชรบุรี[3] ต่อมาทางสมาคมมวยโลกได้สถาปนาให้เป็นแชมป์โลกตัวจริง เนื่องจาก โทโมโนบุ ชิมิซุ นักมวยชาวญี่ปุ่นซึ่งเป็นแชมป์โลกตัวจริงได้หยุดพักการชกไปหลังจากการชกแล้วได้รับบาดเจ็บ[4]

เทพฤทธิ์สามารถป้องกันตำแหน่งแชมป์โลกเอาไว้ได้ถึง 3 ครั้งติดต่อกัน กับนักมวยชาวญี่ปุ่นทั้งหมด ถึงประเทศญี่ปุ่น จนกระทั่งได้รับฉายาว่า "เจแปน คิลเลอร์" แม้จะมีจุดอ่อน คือ การป้องกันตัว เพราะในการชกแต่ละครั้ง เทพฤทธิ์มักทำการ์ดตกข้างลำตัว แต่ครั้งในที่ 4 ในวันสิ้นปี พ.ศ. 2555 กับ โคเฮ โคโนะ นักมวยอายุ 32 ที่เคยชิงแชมป์โลกมาแล้วก่อนหน้านี้ถึง 2 ครั้ง แต่ไม่ประสบความสำเร็จ เทพฤทธิ์กลับเป็นฝ่ายแพ้ทีเคโอไปในยกที่ 4 ด้วยการถูกชกล้มถึง 3 ครั้ง เพราะจุดอ่อนคือการ์ดตก และเมื่อโดนหมัดเข้าไปแล้วยังเข้าไปแลกหมัดด้วย ทำให้โคโนะได้กลายเป็นแชมป์โลกไปทันที และถือเป็นการแพ้น็อกครั้งแรกในชีวิตของเทพฤทธิ์ด้วย [5]

หลังจากเสียแชมป์โลกไปแล้ว เทพฤทธิ์ยังได้ชกมวยต่อ จนคว้าแชมป์พาบา ในรุ่นซูเปอร์ฟลายเวทและแบนตัมเวท (118 ปอนด์) มาได้ โดยชกครั้งสุดท้ายเมื่อเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2557 ที่แขวงสุวรรณเขต ประเทศลาว และหลังจากนั้นเจ้าตัวได้หยุดการชกมวยลง เนื่องจากต้องการแขวนนวม แต่ได้เปลี่ยนใจและหันมาชกมวยอีกครั้ง ในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2558 เท่ากับว่าได้หยุดชกไปนานถึง 1 ปีเต็ม[6] โดยเทพฤทธิ์กลับมาชกเคลื่อนไหวอีกครั้งเมื่อวันที่ 14 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2558 ซึ่งตรงกับ วันวาเลนไทน์ ในปีนั้น โดยสามารถชนะคะแนน โจอาควิม มาแฮ นักมวยชาวฝรั่งเศส ที่เวทีมวยพัทยาบ็อกซื่งเวิลด์ เมืองพัทยา ตำบลนาเกลือ อำเภอบางละมุง จังหวัดชลบุรี ในการชกกำหนด 6 ยก เทพฤทธิ์กลับมาครองแชมป์ PABA รุ่นแบนตัมเวทได้อีกสมัย ก่อนจะแขวนนวมไปอีกครั้งหลังจากที่ชกป้องกันแชชมป์ ชนะน็อค จูเนียร์ บาจาวา ยก 7 เมื่อ 26 พฤษภาคม พ.ศ. 2559