19 kwietnia 2009 roku po raz trzeci obronił mistrzowski tytuł, pokonując w czwartej rundzie Raula Martineza. Donaire dominował przez cały pojedynek, posyłając rywala na deski w rundzie pierwszej (dwukrotnie), drugiej oraz czwartej. Po ostatnim knockoucie sędzia bez liczenia przerwał walkę.
Federacja IBF zarządziła obowiązkowy pojedynek rewanżowy pomiędzy Donaire i Mthalane z uwagi na okoliczności zakończenia poprzedniego pojedynku między tymi bokserami. Jednak Donaire zrezygnował z tej walki, zrzekł się tytułu mistrzowskiego i zmienił kategorię wagową na wyższą. Początkowo miał się zmierzyć z Hugo Cázaresem o tytuł tymczasowego mistrza świata federacji WBA w kategorii junior koguciej. Do pojedynku jednak nie doszło. Ostatecznie Cázaresa zastąpił Rafael Concepción. 15 sierpnia 2009 roku Donaire pokonał rywala decyzją sędziów na punkty. Concepción nie był w stanie zmieścić się w limicie wagowym.
13 lutego 2010 miał się zmierzyć z Gersonem Guerrero, który jednak nie zdołał przejść badań medycznych. Meksykanina na trzy dni przed walką zastąpił jego rodak, Manuel Vargas, który w tym celu przeszedł dwie kategorie wagowe wyżej – z junior muszej do junior koguciej.