Sjöström låg tvåa inför sista dagen efter överlägsna Kaylee McKeown, den australiska ryggsimsraketen som slog världsrekord både på 50 och 100 meter ryggsim i sista deltävlingen i Budapest.
Men det var tajt och jämnt i kampen om pallplatserna i totalen.
Sjöström var anmäld på både 100 meter fjäril och 100 meter fritt på söndagen, men valde att avstå fjärilen.
Då kunde både Siobhan Haughey, Hongkong, och Zhang Yufei, Kina, ta sig förbi svenskan i totalen efter kanontider i sina segerlopp på 100 meter fritt (52,24) respektive 100 meter fjäril (56,13).
Små marginaler
Det fattades 0,7 poäng upp till Zhang på tredje plats och 0,9 poäng till Haughey på andra.
McKeown vann totalen med elva poängs marginal.
Haughey, dubbla OS-silver i Tokyo 2021, utklassade Sjöström med över sekunden på 100 meter fritt och var bara halvsekunden över svenskans världsrekord från 2017.
Sjöström noterade 53,25 i ett svensktätt lopp där Michelle Coleman blev sexa (54,66) och Sofia Åstedt åtta (55,15).
Vann allt på 50 meter
Sarah Sjöström tog sig obesegrad genom både 50 meter fritt och 50 meter fjäril – totalt sex segrar – och fick motsvarande 220 000 kronor i bonus för den bedriften.
Fjärdeplatsen i totalen gav motsvarande drygt 150 000 kronor medan segrande McKeown tog hem dryga miljonen.
För Sjöström är tävlingsåret över då hon har valt att avstå kortbane-EM i Rumänien i december. Sjöström fokuserar i stället på långbane-VM i februari som förberedelse inför OS i Paris.
Louise Hansson tog också en andraplats sista dagen på 100 meter fjäril där hon med tiden 57,61 var 1,48 sekunder bakom Zhang Yufei.
Herrarnas totala världscup vanns av Qin Haiyang, Kina.