Sewaktu babak pencerobohan Soul Society, Mayuri telah cuba untuk mencari para penceroboh ini dan menggunakan mereka sebagai bahan eksperimen. Dalam pencariannya, Mayuri berjumpa dengan Ishida Uryū, cucu kepada Ishida Sōken, dan Ishida berasa marah apabila dia mendapat tahu akan kebenaran di sebalik kematian datuknya. Ishida kemudian telah bertempur dengan Mayuri, dan, meskipun tidak berjaya pada awalnya, mampu mengalahkan Mayuri menggunakan teknik ransōtengai dan dengan menanggalkan sarung tangan sanrei, namun Mayuri berjaya melarikan diri menggunakan kebolehan terakhir zanpakutōnya. Selepas Mayuri melarikan diri menggunakan teknik tersebut, Nemu telah berterima kasih kepada Uryū kerana tidak melepaskan anak panah terakhir itu ke arah kepalanya, kerana Nemu mengatakan bahawa jika mana-mana bahagian badannya yang lain ditembak, Mayuri tidak dapat dibunuh. Namun, Nemu mungkin juga sekadar merujuk kepada kaedah terpantas untuk membunuh Mayuri, kerana mana-mana serangan yang menghalang Mayuri daripada menikam dirinya akan secara tidak langsung menghalangnya daripada melakukan teknik terakhirnya untuk melarikan diri.

Mayuri kemudian muncul kembali dalam babak pencerobohan Bount di Bandar Karakura, dan untuk mendapat salah satu daripada golongan Bount sebagai bahan eksperimennya, Mayuri telah menghantar Nemu untuk memberikan sejenis artifak kepada Ishida Uryū untuk memberinya kuasa Quincy secara sementara, namun ini telah membenarkan pihak Bount untuk memasuki Seireitei, yang telah mengakibatkan kapten shinigami lain untuk mengesyaki Mayuri sebagai pembelot. Namun, Mayuri segera membuktikan kesetiaannya dengan mengalahkan salah seorang daripada golongan Bount, iaitu Sawatari, meskipun dia dicederakan dengan teruk (mungkin sekali kerana dia cuba untuk menangkapnya hidup-hidup dari awal).

Mayuri kemudian muncul kembali di Hueco Mundo untuk membantu Abarai Renji dan Ishida yang sedang menghadapi kesukaran menentang Szayel Aporro Granz bersama-sama leftenannya, Nemu. Mayuri muncul dengan topeng barunya; penyambung telinganya dilihat menjadi lebih pendek dan bulat, dagunya mempunyai sambungan yang lebih panjang, dan dia tidak lagi memakai topi putihnya. Rambut di sebalik topeng tersebut digayakan menjadi sepasang "tanduk", yang, jika dilihat dari sudut hadapan, kelihatan seperti mahkhota firaun, dan seni warna di mukanya juga mempunyai gaya yang berbeza.

Szayel telah cuba untuk menggunakan kebolehan voodoo zanpakutōnya namun Mayuri telah menentang kesannya dengan menggunakan organ-organ tiruan, kerana dia telah memepelajari teknik tersebut menggunakan data daripada bakteria yang ditanamnya di dalam Ishida sewaktu pertarungan mereka di Soul Society. Szayel telah menangkap Nemu namun Mayuri telah mengaktifkan tahap bankainya dan menghancurkan Szayel. Szayel menggunakan kuasa kelahirannya untuk mencipta semula dirinya di dalam Nemu, namun dengan berbuat demikian Szayel telah diracuni oleh racun di dalam tubuh badan Nemu. Mayuri yang kini berasa kesal di atas kebolehan Szayel yang terhad, menjelaskan kepadanya bahawa sebaik sahaja dia menghidupkan dirinya semula di dalam tubuh Nemu, dia telah diberikan racun yang meningkatkan deria-deria. Racun tersebut meningkatkan deria-deria Szayel sehingga tubuhnya gagal untuk mengikut pancainderanya, dan gagal untuk bergerak, diikuti oleh Mayuri menikam jantung Szayel lalu mematahkan pedangnya sebagai seksaan yang paling menyakitkan. Mayuri telah menyembuhkan Nemu dan menyuruhnya menyelongkar makmal Szayel, di mana dalamnya terdapat dua mayat tergantung daripada bahagian siling.