17 czerwca 2023 roku na wydarzeniu UFC on ESPN 47 zmierzył się z Jaredem Cannonierem. Przegrał walkę jednogłośnie na punkty (2 x 49-46, 48-46). Pojedynek obu zawodników nagrodzono bonusem za walkę wieczoru.
2024 6 kwietnia 2024 roku na UFC Fight Night 240 miał zawalczyć z Brendanem Allenem, jednak 14 marca ogłoszono, że Vettori wycofał się z powodu kontuzji i został zastąpiony przez Chrisa Curtisa.
2025 W walce wieczoru gali w Las Vegas, która odbyła się 15 marca 2025, doszło do jego rewanżu z Romanem Dolidze. Tym razem starcie po pięciu rundach zwyciężył Gruzin, który wypuntkował Vettoriego jednogłośnie na kartach punktowych.
Podczas gali UFC 318, która odbyła się 19 lipca 2025 w Nowym Orleanie, doszło ostatecznie do jego walki z Brendanem Allenem. Po raz trzeci z rzędu przegrał jednogłośnie na punkty. Mimo porażki został nagrodzony bonusem za walkę wieczoru.
6 grudnia 2025 na gali UFC 323 odniósł czwartą z rzędu porażkę, przegrywając po trzech rundach z Brazylijczykiem, Brunno Ferreirą.
Kariera w grapplingu 20 października 2023 roku wziął udział w pojedynku grapplingowym no gi, zastępując Belala Muhammada, przeciwko Tarekowi Suleimanowi na wydarzeniu ADXC 1.