På toppen av karrieren som bryter tilbragte Velasquez tre år hos Arizona State University, der han i 2005 endte opp med femte plass i det nasjonale mesterskapet, etterfulgt av fjerdeplass i 2006. Blant hans lagkamerater på universitetet var de fremtidige MMA-stjernene C.B. Dollaway og Ryan Bader. Etter fullført universitetsutdannelse dro Velasquez rett fra universitetet til velrenommerte i San Jose for å påstarte en karriere i MMA. Velasquez opparbeidet seg ganske raskt et rykte som en så fremadstormende MMA-utøver at han som amatør hadde vanskeligheter med å finne seg motstandere villige til å stille opp mot ham. Særpreget av en intensitet og utholdenhet betraktet som unik for en mann av hans størrelse, sammen med solide bryteferdigheter og sterk treningsvilje, ble veien kort til kontrakt med UFC.