Det märkliga inträffade i semifinalen i måndags att Armstrong gick till fel bana och simmade på greken Evangelos Makrygiannis.
Det kunde ha slutat med en diskning, men arrangören tog på sig misstaget.
”Känns jättebra!”
I finalen fick Armstrong tufft motstånd – men slog handen i kaklet på 52,68, två hundradelar före träningskompisen på University of Californa, spanjoren Hugo Gonzalez.
– Det känns jättebra! Jag har velat ha den här guldmedaljen ett bra tag, säger Armstrong till SVT Sport.
Även Curzan tog guld
Det var USA:s fjärde guld i VM i Doha och Armstrong kan ta ytterligare ett senare i veckan på halva distansen där han är regerande mästare.
Även i damernas 100 meter ryggsim blev det amerikansk seger genom Claire Curzan, silvermedaljör på 100 meter fjäril i måndags.
Kinesiskt guld på 100 bröst
Det var 19-åringens första individuella VM-guld i långbana.
Tang Qianting, Kina, vann 100 meter bröstsim i den final som Sophie Hansson missade. Frisimsstjärnan Siobhan Haughey, Hongkong, skrällde och tog brons, 65 hundradelar efter kinesiskan som vann på 1.05,27.