10 grudnia 2011 roku, na gali UFC 140 zmierzył się w rewanżu z Frankiem Mirem. Mimo szybkiego nokdaunu Amerykanina, zdołał on chwilę później przechwycić w parterze prawe ramię Nogueiry i założyć kimurę. Brazylijczyk zwlekał z odklepaniem i w rezultacie doznał skomplikowanego złamania kości ramiennej. 6 dni później przeszedł operację, w trakcie której kość złączono tytanową płytą i 16 śrubami. Do rywalizacji miał powrócić w planowanej na lipiec 2012 roku walce z Cheickiem Kongo, jednak przedłużająca się rehabilitacja po złamaniu ramienia wykluczyła jego udział w tym pojedynku. Do oktagonu powrócił 13 października na gali UFC 153, a przeciwnikiem jego był Amerykanin Dave Herman którego poddał dźwignią na staw łokciowy w 2. rundzie. Zwycięstwo Nogueiry zostało nagrodzone bonusem finansowym za „poddanie wieczoru”.
Po zwycięstwie nad Hermanem zanotował trzy dotkliwe porażki kolejno z Fabrício Werdumem, Royem Nelsonem i Stefanem Struve. Miesiąc po przegranym pojedynku z tym ostatnim poinformował o zakończeniu swojej bogatej kariery zawodniczej.