2009年7月11日、UFC 100の世界ヘビー級王座統一戦でブロック・レスナーと再戦し、2ラウンドTKO負けを喫し王座統一に失敗するとともに暫定王座を失った。2009年12月12日、UFC 107でシーク・コンゴと対戦し、ギロチンチョークでコンゴを締め落とし一本勝ちを収めた。2010年3月27日、UFC 111のUFC世界ヘビー級暫定王座決定戦でシェイン・カーウィンと対戦し、KO負けを喫し王座獲得に失敗した。2010年9月25日、UFC 119でミルコ・クロコップと対戦し、3Rに右膝蹴りでKO勝ち。2011年12月10日、UFC 140でアントニオ・ホドリゴ・ノゲイラと再戦。パンチで追い込まれる場面もあったが、キムラロックで一本勝ち。サブミッション・オブ・ザ・ナイトを受賞した。ノゲイラにとってキャリア初の一本負けで、上腕骨骨折の重傷を負い長期欠場に追い込まれた。2012年5月26日、UFC 146のUFC世界ヘビー級タイトルマッチで王者ジュニオール・ドス・サントスと対戦し、パウンドでTKO負けを喫し王座獲得に失敗した。アリスター・オーフレイムの代替での出場であった。2013年4月20日、UFC on FOX 7でヘビー級ランキング3位のダニエル・コーミエと対戦し、3R判定負けを喫した。2013年8月31日、UFC 164でヘビー級ランキング10位のジョシュ・バーネットと対戦し、膝蹴りで1RTKO負けを喫した。2014年2月1日、UFC 169でヘビー級ランキング9位のアリスター・オーフレイムと対戦し、3R判定負けを喫し、UFC4連敗となった。2015年2月22日、UFC Fight Night: Bigfoot vs. Mirでヘビー級ランキング8位のアントニオ・シウバと対戦し、左ストレートでダウンを奪いグラウンドの肘打ちでKO勝ち。パフォーマンス・オブ・ザ・ナイトを受賞した。2015年3月16日、チェチェン共和国大統領ラムザン・カディロフの大統領宮殿に招待された。2015年7月15日、UFC Fight Night: Mir vs. Duffeeでトッド・ダフィーと対戦し、左ストレートでKO勝ち。パフォーマンス・オブ・ザ・ナイトを受賞した。2015年9月5日、UFC 191でヘビー級ランキング4位のアンドレイ・アルロフスキーと対戦し、0-3の判定負けを喫した。しかし、この試合はミアが勝利していたという見解が多く、UFC代表のダナ・ホワイトも「ミアが勝ったと思った」と語っている。2016年3月19日、UFC Fight Night: Hunt vs. Mirでヘビー級ランキング9位のマーク・ハントと対戦し、KO負け。試合後の薬物検査でトゥリナボルの陽性反応が検出されたため、全米アンチドーピング機関（USADA）から2年間の出場停止処分を受けた。2017年7月、UFCからリリースされた。
2008年12月27日、UFC 92のUFC世界ヘビー級暫定タイトルマッチで暫定王者アントニオ・ホドリゴ・ノゲイラに挑戦。左フックでノゲイラを倒したところにパウンドでTKO勝ちを収め暫定王座獲得に成功した。
キンバリー・ウェルズ（ジェーン・フォンダ）はアメリカの地方テレビ局の女性リポーター。硬派ニュースの記者を志していたが普段は日常のたわいもないニュースを担当していた彼女だった。キンバリーは原子力発電所のドキュメンタリー特番の担当となり、カメラマンのリチャード・アダムス（マイケル・ダグラス）とともに取材に赴く。コントロールルームを見学中、原子力発電所は何らかのトラブルを起こしたようだった。そこは撮影禁止の場所だったにもかかわらず、アダムスは密かにそのときのコントロールルームの様子を撮影していた。当時何が起きたのか分からなかった二人は、そのフィルムを後日、原子力の専門家に見せる。専門家からはこれは重大な事故が起きる寸前であったと伝えられる。このまま原子炉が制御を失っていたなら、核燃料は溶解して地面を溶かしながら地球の裏の中国に向かって沈んでいき、途中で地下水と反応して水蒸気爆発を起こし、放射性物質を広範囲に撒き散らす結果になっていたという。しかし発電所からはトラブルに関する何の発表もなかった。技師でコントロールルームの責任者のジャック・ゴデル（ジャック・レモン）が計器の表示間違いに気づき、危ういところで大惨事を免れていたのだった。取材後、発電所の近くにあるバーでキンバリーとゴデルは知り合う。原子力発電に疑問を投げかける彼女に対し、原子力発電の必要性を訴えるゴデル。しかしゴデルも先日のトラブル後の対応から故障の兆候を感じ取り、わき上がる疑問を抑えることが出来なくなっていった。ゴデルは過去の安全審査資料を調べ直し、そこで先日のトラブルに繋がる重大な証拠を発見する。検査にかかる費用を削減するため、該当箇所は義務付けられているはずの検査が長期に渡って行われておらず、定期検査の結果には不正が施されていたのである。今すぐ発電所を止めて検査を行わなければ、大惨事に繋がりかねない故障が起こりうる。危機感を訴えるゴデルとは裏腹に、原発管理者側は原子力発電の安全性を信じて疑わず、多額のコストがかかる検査など不要であるとして、ゴデルの訴えを一蹴する。そこでゴデルはキンバリーを通じ、検査に不正が施されていることをマスコミを通じて世間に告発しようとする。一方で原発管理者側は、ゴデルの行動を莫大な損失をもたらす背信行為と受け止め、暴力も辞さない実力行使に出る。ゴデルは、証拠の資料を受け取ったマスコミ側の人間が自動車事故に遭ったことを知らされ、原発管理者側が本気で阻止に来ていること、自分もまた狙われていることを悟る。ゴデルはカーチェイスの末に執拗な追手を振り切って原子力発電所に駆け込むが、そこで彼は故障の兆候が現実のものとなり、一刻の猶予もない状態まで進行しているのを目撃する。ゴデルは説得が通用しないことを悟ると、職員を銃で脅して制御室に立て篭もる。そしてテレビ中継を通じて原発事故に繋がるトラブルを世間に告発するか、さもなければ制御室からの操作で汚染物質をばら撒き発電所を使用不能にすると脅迫する。原発管理者側はゴデルの要求を飲んでキンバリーを呼び出すが、一方で警察の突入部隊を呼び出し、またいつでもテレビ中継を中断できるよう、電力供給を断つための工作活動を開始する。しかしこの工作活動は図らずも、ゴデルが指摘した故障箇所に致命的な負荷をかけることに繋がってしまう。キンバリーによるテレビ中継が始まった直後、原発管理者側によって電力供給が絶たれるが、それを引き金として原発事故が発生する。警報が鳴り響く中、事態を悟ったゴデルは死に物狂いで原子炉の停止を試みるが、彼は警察の突入部隊によって射殺される。故障した原子炉は大惨事を起こす寸前で停止する。原発管理者側は駆けつけたテレビ中継の取材に対し、一連の騒動はゴデルが酒に酔って錯乱して起こしたものであると主張し、原発が安全であることを強調して事故の隠蔽を図る。しかしゴデルの行動に心を動かされた同僚のテッド・スピンドラー（ウィルフォード・ブリムリー）はテレビ中継の前でゴデルを擁護する発言を行う。キンバリーも視聴者に対してゴデルの正当性を訴える。ニュース番組は電子レンジのCMによって一時中断され、映画はそのまま幕を下ろす。