67でサム・ホーガーと対戦し、3-0の判定勝ち。UFCは白星スタートとなった。76で中村和裕と対戦し、3-0の判定勝ち[3]。79ではソクジュと対戦し、2Rに肩固めで一本勝ちを収めた[4]。84でティト・オーティズと対戦し、レスラーのティトのテイクダウンを全て防ぎ、1Rには逆にテイクダウンを奪った。3Rにはボディーへの膝蹴りでダウンを奪い、パウンドと肘打ちの追撃でフィニッシュしようとしたところに三角絞めを極められあわや逆転負けという場面を作るが、3-0の判定勝ちを収めた[5]。94で13戦無敗同士であったチアゴ・シウバと対戦し、1R終了間際にスクートからの飛び込みパウンドで失神KO勝ち[6]。ノックアウト・オブ・ザ・ナイトを受賞した。98のUFC世界ライトヘビー級タイトルマッチで王者ラシャド・エヴァンスに挑戦。無敗同士の対戦となったこの王座戦を2Rに左フックで失神KO勝ちを収め[7]、王座獲得に成功すると同時に2試合連続のノックアウト・オブ・ザ・ナイトを受賞した。back!!(空手が復活したぜ!)」と雄叫びをあげて、自身のバックボーンである空手への誇りを言葉にした。104のUFC世界ライトヘビー級タイトルマッチで挑戦者マウリシオ・ショーグンと対戦し、打撃戦で一進一退の攻防となり、3-0の5R判定勝ちを収め王座の初防衛に成功したものの、ジャッジ3者とも48-47という僅差の物議を醸す判定であったため、直ぐに再戦が組まれることが試合後に決定した[8]。113でマウリシオ・ショーグンと再戦。右クロスカウンターを浴びてダウンし、マウントパンチで1RKO負け[9]。2度目の防衛に失敗し、王座から陥落した。123でクイントン・"ランペイジ"・ジャクソンと元ライトヘビー級王者同士の対戦をし、1-2の判定負け[10]。129で元UFC二階級制覇王者のランディ・クートゥアと対戦し、顔面への前蹴り一撃で2RKO勝ちを収め、ノックアウト・オブ・ザ・ナイトを受賞した。140のUFC世界ライトヘビー級タイトルマッチで王者ジョン・ジョーンズに挑戦。1Rは素早いパンチでジョーンズに有効打を当てたものの、2Rはテイクダウンを奪われ、グラウンドの肘打ちで顔面をカットするなど圧倒され、最後はスタンドのギロチンチョークで絞め落とされる一本負けを喫し、王座獲得に失敗した。敗れはしたものの、ファイト・オブ・ザ・ナイトを受賞した。4でライアン・ベイダーと対戦し、2Rに跳び込んできたベイダーにカウンターの右ストレートを当てて失神KO勝ち。157でライトヘビー級ランキング1位のダン・ヘンダーソンと対戦し、接戦を制して2-1の判定勝ち。163でライトヘビー級ランキング7位のフィル・デイヴィスと対戦し、0-3の判定負け。接戦ではあったが、海外のMMAメディアサイトの採点では13人中13人の記者がマチダの勝利と付けており、試合を数値・データ化した表でもマチダ有利という結果になった[11][12]。UFC代表のダナ・ホワイトは「私は30-27でマチダの勝ちに付けた。ジャッジに勝敗を委ねるとこういうことになる!」とTwitterにて発言した[13]。Munozでミドル級ランキング5位のマーク・ムニョスと対戦し、左ハイキックで1RKO勝ち。ノックアウト・オブ・ザ・ナイトを受賞した。普段は友人であるムニョスに勝利したため、試合後にはお辞儀をして敬意を表した。Mousasiでゲガール・ムサシと対戦し、終始ムサシを圧倒して3-0の5R判定勝ち。ファイト・オブ・ザ・ナイトを受賞した。175のUFC世界ミドル級タイトルマッチで王者クリス・ワイドマンに挑戦し、0-3の5R判定負けを喫し王座獲得に失敗した。敗れはしたものの、ファイト・オブ・ザ・ナイトを受賞した。Dollawayでミドル級ランキング10位のCB・ダラウェイと対戦し、左ミドルキックからのパウンドで1RTKO勝ち。パフォーマンス・オブ・ザ・ナイトを受賞した。15でミドル級ランキング4位のルーク・ロックホールドと対戦し、グラウンドで試合をコントロールされ、リアネイキドチョークで2R一本負けを喫した。Romeroでミドル級ランキング6位のヨエル・ロメロと対戦し、グラウンドの肘打ちで3RKO負け。2016年4月13日、マチダが全米アンチ・ドーピング機関(USADA)の検査員に禁止薬物の使用を明らかにした事がUFCによって発表される。これは、マチダの所へ検査員が抜き打ち検査に訪れた際にマチダが検査員に7-Keto-DHEAの使用を申告したところ、7-Keto-DHEAが禁止薬物に指定されていることが判明したもので、マチダは後に「7-Keto-DHEAが禁止薬物とは知らなかった。サプリメント店で店頭販売していたものを購入したところそれが禁止薬物だったんだ」とコメントしている[14][15]。同年11月16日に全米アンチ・ドーピング機関がマチダが禁止薬物の使用を検査員に申告した2016年4月8日から18ヶ月間の出場停止処分を科すことを発表した[16]。Machidaでミドル級ランキング7位のデレク・ブランソンと対戦し、パウンドで1R失神KO負け。Andersでエリク・アンダースと対戦し、2-1の5R判定勝ち。約3年2か月ぶりの勝利となった。224でミドル級ランキング9位のビクトー・ベウフォートと対戦し、左前蹴りで2RKO勝ち。パフォーマンス・オブ・ザ・ナイトを受賞した。この試合を最後に、長年参戦し続けたUFCから離脱した。