Am 26. Juni 2008 wurde Mayo im Rahmen des NBA-Drafts 2008 von den Minnesota Timberwolves an dritter Stelle gewählt, doch bereits einen Tag später wurde er zusammen mit Marko Jarić, Antoine Walker und Greg Buckner im Austausch für den fünften Pick desselben Drafts Kevin Love, Mike Miller, Brian Cardinal und Jason Collins an die Memphis Grizzlies geschickt. In seiner Rookiesaison konnte er in sieben Spielen 30 oder mehr Punkte erzielen und hatte durchschnittlich Statistiken von 18,5 Punkten und 3,8 Rebounds pro Spiel.