W odpowiedzi władze UFC zapowiedziały walkę rewanżową. Rozegrana została ona 8 maja 2010 roku w Montrealu (UFC 113). Rua odebrał Machidzie tytuł, nokautując go w pierwszej rundzie.
Mistrzostwo stracił w jego pierwszej obronie, gdy 19 marca 2011 roku przegrał w Newark przez TKO z Jonem Jonesem. Brazylijczyk został całkowicie zdominowany, przegrywając zdecydowanie dwie pierwsze rundy. W trzeciej, gdy został powalony ciosem sierpowym w korpus, walka została w końcu przerwana przez sędziego.
W sierpniu 2011 roku, podczas gali UFC w Rio de Janeiro zrewanżował się Forrestowi Griffinowi za porażkę sprzed czterech lat, nokautując go ciosami pięściami w pierwszej rundzie. 19 listopada 2011 roku na gali UFC 139 uległ Danowi Hendersonowi, przegrywając jednogłośną decyzją sędziowską. 4 sierpnia 2012 roku wygrał pojedynek z Brandonem Verą przez KO w 4. rundzie na gali UFC on FOX 4 : Rua vs. Vera .
Na gali UFC on FOX 5 : Henderson vs. Diaz, która odbyła się 8 grudnia 2012 roku przegrał po 3 rundach jednogłośną decyzją sędziowską z młodym szwedem Alexandrem Gustafssonem.
Następną walkę stoczył 17 sierpnia 2013 roku w Bostonie z Chaelem Sonnenem, którą przegrał przez poddanie.
W latach 2013–2015 wygrywał m.in. z Rogério Nogueira w rewanżowym starciu na punkty oraz przegrywał - również w rewanżu z Hendersonem przez TKO.