Bij haar internationale debuut, op de Europese kampioenschappen kortebaanzwemmen 1998 in Sheffield, strandde Mehlhorn in de series van de 200 meter schoolslag en de 200 en de 400 meter wisselslag. Tijdens de Europese kampioenschappen zwemmen 1999 in Istanboel eindigde de Duitse als vierde op de 200 meter wisselslag, op de 400 meter wisselslag werd ze uitgeschakeld in de series. In Lissabon nam Mehlhorn deel aan de Europese kampioenschappen kortebaanzwemmen 1999, op dit toernooi veroverde ze de zilveren medaille op de 100 meter wisselslag en eindigde ze als vierde op de 200 meter wisselslag. Op de Europese kampioenschappen kortebaanzwemmen 2000 in Valencia sleepte de Duitse de Europese titel in de wacht op de 200 meter vlinderslag, op zowel de 200 als de 400 meter wisselslag legde ze beslag op het zilver. Tijdens de wereldkampioenschappen zwemmen 2001 in Fukuoka veroverde Mehlhorn de zilveren medaille op de 200 meter vlinderslag en eindigde ze als vierde op de 200 meter wisselslag. Op de 4x100 meter wisselslag eindigde ze samen met Antje Buschschulte, Simone Weiler en Katrin Meissner op de vierde plaats. In Berlijn nam ze deel aan de Europese kampioenschappen zwemmen 2002, op dit toernooi sleepte ze de bronzen medaille in de wacht op de 200 meter vlinderslag. Op de 200 meter wisselslag eindigde ze op de vierde plaats, op de 400 meter wisselslag werd ze uitgeschakeld in de series. Op de wereldkampioenschappen zwemmen 2003 in Barcelona eindigde Mehlhorn als zesde op de 200 meter vlinderslag, op de 100 meter vlinderslag strandde ze in de halve finales. Samen met Antje Buschschulte, Sarah Poewe en Sandra Völker eindigde ze als vierde op de 4x100 meter wisselslag. Tijdens de Olympische Zomerspelen van 2004 in Athene werd de Duitse uitgeschakeld in de halve finales van de 200 meter vlinderslag.