Op de wereldkampioenschappen zwemmen 2005 in Montreal eindigde Mehlhorn als zevende op de 200 meter vlinderslag, op de 100 meter vlinderslag strandde ze in de halve finales. Op de 4×100 meter wisselslag veroverde ze samen met Antje Buschschulte, Sarah Poewe en Daniela Götz de bronzen medaille. In Triëst nam de Duitse deel aan de Europese kampioenschappen kortebaanzwemmen 2005, op dit toernooi eindigde ze als vierde op de 200 meter vlinderslag en werd ze uitgeschakeld in de halve finales op de 100 meter vlinderslag. Tijdens de Europese kampioenschappen zwemmen 2006 in Boedapest strandde Mehlhorn in de halve finales van zowel de 100 als de 200 meter vlinderslag en in de series van de 200 meter wisselslag. Samen met Antje Buschschulte, Sarah Poewe en Britta Steffen sleepte ze de zilveren medaille in de wacht op de 4×100 meter wisselslag. Op de Europese kampioenschappen kortebaanzwemmen 2006 in Helsinki eindigde de Duitse als vijfde op de 200 meter vlinderslag. In Debrecen nam Mehlhorn deel aan de Europese kampioenschappen kortebaanzwemmen 2007, op dit toernooi legde ze beslag op de bronzen medaille op de 200 meter vlinderslag en eindigde ze als vierde op de 100 meter vlinderslag. Op de 4×50 meter wisselslag veroverde ze samen met Janine Pietsch, Janne Schäfer en Britta Steffen de Europese titel. Tijdens de wereldkampioenschappen zwemmen 2009 in Rome werd de Duitse uitgeschakeld in de halve finales op zowel de 100 als de 200 meter vlinderslag, op de 400 meter wisselslag overleefde ze de series niet. Samen met Daniela Samulski, Sarah Poewe en Britta Steffen sleepte ze de bronzen medaille in de wacht op de 4×100 meter wisselslag.