Trabzonspor W czerwcu 2011, za 5,25 mln euro, został zawodnikiem tureckiego Trabzonsporu, co w momencie transferu czyniło najdroższym piłkarzem sprzedanym z polskiej ligi (do momentu transferu najdroższym piłkarzem sprzedanym z polskiej Ekstraklasy był Robert Lewandowski – około 4,5 mln euro). W nowym klubie zadebiutował 27 lipca 2011 w przegranym 0:2, meczu III rundy eliminacji do Ligi Mistrzów z Benficą. 10 września 2011 w zremisowanym 1:1 meczu I kolejki z Manisasporem zadebiutował w tureckiej Süper Lig. Mierzejewski rozegrał wówczas 82 minuty i zanotował asystę przy bramce Buraka Yılmaza na 1:0. 27 września 2011 w meczu z Lille OSC (1:1), debiutował w rozgrywkach fazy grupowej Ligi Mistrzów UEFA. 16 lutego 2012 w spotkaniu z PSV Eindhoven zadebiutował w Lidze Europy. W swoim pierwszym sezonie zagrał w sumie w 46 spotkaniach Trabzonsporu i zanotował w nich 8 asyst. 5 listopada 2012 w meczu z Antalyasporem, strzelił swoją pierwszą bramkę w Süper Lig. 8 maja 2013 zdobył hat tricka w półfinale Pucharu Turcji z Sivassporem. W sezonie 2012/13 wystąpił w 29 meczach, strzelając 7 bramek i notując 13 asyst. Trabzonspor dotarł wówczas do półfinału Pucharu Turcji, a Mierzejewski z dorobkiem 8 bramek zajął drugie miejsce w klasyfikacji strzelców tych rozgrywek. 3 października 2013 w meczu z S.S.