I 1996 ble Vieira de Mello assisterende høykommissær for flyktninger. I årene 1998–2001 ledet han FNs kontor for koordinering av humanitær innsats. Vieira de Mello ble i 1999 FN-utsending i Kosovo. I desember samme år ble han utnevnt til sjef for UNTAET, FNs midlertidige administrasjon i Øst-Timor. I denne rollen forberedt han selvstendighet for Øst-Timor, noe landet oppnådde i mai 2002. Vieira de Mello ble deretter utnevnt til FNs høykommissær for menneskerettigheter.