2012年1月18日にジャイアンツとマイナー契約を結んだ。AAA級フレズノ・グリズリーズで28試合に登板して7勝7敗・防御率3.46・28奪三振の成績を残した。9月7日にジャイアンツとメジャー契約を結んだ。この年は1試合の登板にとどまった。2013年3月17日に40人枠を外れ、AAA級フレズノへ降格した。7月23日にジャイアンツとメジャー契約を結び、同日のシンシナティ・レッズ戦で登板したが、1試合の登板に終わり、28日にDFAとなった。8月4日にAAA級フレズノへ降格した。8月23日に再びジャイアンツとメジャー契約を結んだ。8月27日のコロラド・ロッキーズ戦から先発に復帰した。9月6日のダイヤモンドバックス戦では、9回裏2死まで無安打無失点無四球だったが、27人目のエリック・チャベスが右翼前安打を放ち、完全試合を逃した。続く28人目のA・J・ポロックは三塁ゴロに抑え、メジャー初完封を記録した。この年は8試合に登板して4勝1敗・防御率3.56・47奪三振の成績を残した。2014年1月17日にジャイアンツと1年契約に合意し、開幕ロースター入りした。8月28日、46打者連続アウトの記録を達成し、マーク・バーリーの持つメジャー記録を更新した。なお、続く47人目の打者である投手のジョーダン・ライルズに二塁打を打たれた。2015年12月2日にノンテンダーFAとなった。
2009年11月5日にウェイバー公示を経てシアトル・マリナーズへ移籍。2010年2月6日にDFAとなり、2月10日にAAA級タコマ・レイニアーズへ降格した。3月17日に放出され、26日にマリナーズとマイナー契約で再契約した。この年はAAA級タコマで24試合に登板して4勝2敗・防御率6.89・55奪三振の成績を残した。オフの11月6日にFAとなったが、23日にマリナーズとマイナー契約で再契約した。2011年は登板のないまま、5月1日に放出された。マリナーズ退団後はメキシカンリーグのオアハカ・ウォーリアーズに加入。7試合に登板して1勝2敗・防御率4.17・奪三振の成績を残した。
2007年3月26日にホルヘ・フリオとのトレードで、アリゾナ・ダイヤモンドバックスへ移籍。4月1日にAAA級ツーソン・サイドワインダーズへ異動した。4月22日にメジャーへ昇格し、同日のサンフランシスコ・ジャイアンツ戦で先発起用され、7回を4安打2失点と好投したが、打線が1得点に終わり、負け投手となった。4月24日にAAA級ツーソンへ降格。7月3日に昇格後は先発ローテーションに定着したが、8月4日にAAA級ツーソンへ降格。8月19日に再昇格した。この年は14試合に登板して3勝4敗・防御率4.58・40奪三振の成績を残した。2008年3月9日にダイヤモンドバックスと1年契約に合意し、開幕ロースター入りした。開幕後はリリーフを任されたが、6試合中4試合で失点し、4月27日にAAA級ツーソンへ降格。7月1日に再昇格した。この年は19試合に登板して3勝5敗・防御率4.31・42奪三振の成績を残した。2009年は開幕ロースター入りしたが、5月8日のナショナルズ戦で右肩を故障し、翌9日に15日間の故障者リスト入りした。7月4日に復帰した。この年は23試合に登板して3勝10敗・防御率5.82・74奪三振の成績を残した。
前作『HEAVY GAUGE』（1983年）を6月21日にリリース後、7月25日には西武球場にて開催した「SUPER LIVE IN 西武球場」において約2万人を動員した。さらに7月29日には初となるジョイントライブ「サザンオールスターズ VS 長渕剛」に参加するも、サザン側と長渕側とで認識が異なり、ゲスト出演と思っていた長渕だったが実際には前座の扱いであり、またチケットはサザンオールスターズとして売られていたため長渕のファンが極端に少ない中での演奏を余儀なくされた事や、アンコールで興奮した桑田佳祐が長渕の頭にビールをかけるなどの事態となり、長渕は桑田に対し悪印象を持つ事となった。その後、7月25日の公演を記録したライブアルバム『SUPER LIVE IN 西武球場』（1983年）をリリースすると同時に、8月25日より翌1984年2月13日まで全41都市全47公演におよぶライブツアー「LIVE'83 - '84 JUST HEAVY GAUGE」を開催した。また、音楽以外の活動としては初主演となるTBS系テレビドラマ『家族ゲーム』（1983年）にて主人公である吉本剛役を演じる事となった。同テレビドラマへの出演のきっかけは、テレビ局プロデューサーである柳井満に説得された事による。柳井は長渕に対し「適当なまじめさ、怖さ、優しさをあわせ持つ点で、この役は彼以外に考えられない」と長渕の役者としての素質を見抜いて主役に抜擢し、これに対し長渕は「説得され、最初で最後のつもり」との認識で同テレビドラマに出演する事を決定した。なお、同テレビドラマは8月26日から9月30日までの全6回で放送され20%近い視聴率を獲得し、雑誌などの媒体では「人気フォーク歌手が、役者として非凡な才能を見せ、演技力で周囲をうならせた」との記事が残された。さらに、同テレビドラマの主題歌として使用された「GOOD-BYE青春」（1983年）をドラマ放送中の9月1日にシングルとして発売、オリコンチャートで最高位5位を獲得、約32万枚を売り上げるヒット曲となった。