Magazine. Pod koniec roku zdobył tymczasowe mistrzostwo w wadze ciężkiej wygrywając z byłym mistrzem PRIDE Brazylijczykiem Antônio Rodrigo Nogueirą przez techniczny nokaut. 11 lipca 2009 (UFC 100) roku przegrał pojedynek o mistrzostwo z Lesnarem przez TKO. W grudniu 2009 roku poddał Francuza Cheicka Kongo duszeniem gilotynowym, a w marcu 2010 roku (UFC 111) ponownie stoczył pojedynek o tymczasowe mistrzostwo w wadze ciężkiej, przegrywając przed czasem z Shane’em Carwinem.
thumb|left|350px|Frank Mir na media treningu przed galą UFC 111 25 września podczas gali UFC 119 znokautował krótkim uderzeniem kolanem Chorwata Mirko Filipovicia.
10 grudnia 2011 roku (UFC 140) poddał Antonio Rodrigo Nogueirę kimurą, równocześnie łamiąc mu rękę. Mir dostał nagrodę pieniężną „poddanie wieczoru” i zarazem drugą nagrodę „poddanie roku” na World MMA Awards (2011).
26 maja 2012 roku przegrał z Juniorem dos Santosem pojedynek o mistrzostwo UFC w wadze ciężkiej na gali UFC 146.