Razočaravajuću karijeru u najjačoj MMA promociji svijeta završava s omjerom 1-6.
Melendez je bivši WEC i Strikeforceov prvak u lakoj kategoriji, a nastupao je i za PRIDE i Shooto.
U prvoj borbi za UFC u travnju 2013. izazvao je prvaka Bensona Hendersona i izgubio podijeljenom odlukom sudaca.
Jedinu pobjedu ostvario je u legendarnom meču s Diegom Sanchezom, a nakon toga je opet napao naslov prvaka u lakoj kategoriji, ali ga je ovaj put Anthony Pettis porazio giljotinom. To mu je jedini poraz prekidom u karijeri.
U idućoj borbi uslijedio je poraz podijeljenom odlukom od Eddieja Alvareza, a uz to je nakon borbe objavljeno da je pao na doping testu.
Nakon toga doživio je još tri poraza, posljednji od Arnolda Allena u srpnju i uslijedio je otkaz iz UFC-a.