Victor Campenaerts wurde 2013 Europameister im Einzelzeitfahren der U23. Zuvor war er bereits belgischer Meister in dieser Disziplin geworden. 2014 erhielt er einen Vertrag bei Topsport Vlaanderen-Baloise. 2015 gewann er das französischeDuo Normand, ein Paarzeitfahren, mit seinem Teamkollegen Jelle Wallays. Ein paar Monate vorher wurde Campenaerts bester Nachwuchsfahrer bei der Tour de Wallonie.
Für Aufsehen sorgte Campenaerts beim Einzelzeitfahren auf der zehnten Etappe des Giro d’Italia 2017, wo er mit geöffnetem Trikot durch das Ziel fuhr. Auf seinem Oberkörper stand Carlien daten geschrieben, womit er die Triathletin Carlien Carvel, mit der er öfters trainiert und um ein Date bat. Carvel stimmte einem Date zu. Die Aktion wurde von der UCI mit 100 CHF als Strafe belegt.[5] Bei den UEC-Straßen-Europameisterschaften 2017 gewann er Gold im Einzelzeitfahren mit drei Sekunden vor dem PolenMaciej Bodnar.[6]
2018 konnte er seinen Europameistertitel im Zeitfahren erfolgreich verteidigen, diesmal mit einem Vorsprung von sechs Hundertstel Sekunden auf Jonathan Castroviejo, bei den Weltmeisterschaften in Innsbruck gelang ihm im Einzelzeitfahren der Gewinn der Bronzemedaille, nur fünf Hundertstel Sekunden hinter dem Zweitplatzierten Tom Dumoulin.
Im Februar 2019 bestätigte der Weltradsportverband UCI die Termine 16. oder 17. April 2019, an denen Campenaerts auf der Bahn im Velódromo Bicentenario im mexikanischenAguascalientes den Stundenweltrekord in Angriff nehmen wollte; die Bahn liegt über 1500 Meter hoch, weshalb schon viele Rekorde auf ihr aufgestellt wurden.[7] Am 16. April verbesserte Campenaerts den bisherigen Stundenweltrekord von Bradley Wiggins von 54,526 Kilometern, den dieser im Juni 2015 im LondonerLee Valley Velodrome aufgestellt hatte. Er fuhr 55,089 Kilometer innerhalb von einer Stunde und überbot Wiggins um 563 Meter. Damit war er auch der erste Fahrer, der die Grenze von 55 Kilometern knackte. Der letzte belgische Stundenweltrekordhalter war Eddy Merckx, der 49,431 Kilometer im Oktober 1972 erreicht hatte.[8]
Beim Giro d’Italia 2021 gewann Campenaerts nach einem langen Ausreißversuch im Zweiersprint die 15. Etappe. Zur 17. Etappe trat er wegen einer Verletzung am Bein nicht mehr an.[9]
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