W głosowaniu na debiutanta roku zajął drugie miejsce, tuż za rozgrywającym Chicago Bulls, Derrickiem RoseNBA.com: Bulls’ Rose takes home Rookie of Year Award..
1 listopada 2009 ustanowił swój rekord życiowy, zdobywając 40 punktów przeciwko Denver Nuggets, osiągając skuteczność z gry 17 celnych na 25 wykonanych rzutówNBA.com – The Game Happens Here..
W 2010 został zdyskwalifikowany na 10 spotkań za stosowanie zabronionego sterydu o nazwie DHEA. W lutym 2011 brał udział w wymianie, w ramach której trafił do Indiana Pacers. Jednak później okazało się, że przedstawiciele obu klubów zgłosili wymianę za późno i ostatecznie Mayo został w Memphis.
17 lipca 2012 jako wolny agent podpisał dwuletni kontrakt z Dallas Mavericks.
13 lipca 2013, Mayo, który wcześniej wykorzystał opcję gracza i został wolnym agentem, podpisał kontrakt z Milwaukee Bucks.
1 lipca 2016, O.J został wykluczony z gry w NBA za używanie narkotyków. Od 2018 będzie mógł się ubiegać o zmianę decyzji.
4 kwietnia 2018 podpisał umowę z portorykańskim Atleticos de San German.
8 maja 2019 dołączył do chińskiego Hunan Jinjian Miye, występującego w lidze NBL.