Sjöström vann 28 hundradelar före italienskan Elena Di Liddo på 100 meter fjäril. Tyskan Ilaria Bianchi kom trea.
Under midsommarafton slog simstjärnan till med tiden 25,42 på 50 fjäril i Rom – den tredje snabbaste tiden i världen i år.
Det följde hon upp med en stark insats även på den dubbla distansen.
I maj meddelade 27-åringen att hon lär stå över fjärilsimmet på OS i Tokyo, och därmed inte kunna försvara guldet på 100 fjäril från Rio de Janeiro 2016.
Men ännu har Sjöström inte stängt dörren helt – och efter lördagens lopp är tongångarna mer positiva.
– Jag kommer att finnas med på startlistan i OS på 100 meter fjäril, sedan får vi se hur det känns på plats, säger hon till Dagens Nyheter.
Senare under lördagskvällen stod svenskan för ännu en övertygande insats – den gången på 100 fritt. I skadecomebacken i franska Canet i början av juni simmade hon distansen på 54,84. Den tiden förbättrade hon med 37 hundradelar (53,47).
– Det är ju en jätteförbättring. Jag var iskall på första längden, men hemgången är en av de starkaste jag har gjort, säger Sjöström.
Det räckte dock inte till seger. Hon var 44 hundradelar långsammare än den nyblivna EM-guldmedaljören på 100 fritt, nederländskan Femke Heemskerk.
OS invigs den 23 juli.