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Diego Sanchez commence sa carrière au sein de l'UFC lors de la première saison de "The Ultimate Fighter", qui est une émission de télé-réalité crée par ladite promotion afin de se rapprocher du grand public, et qui se révélera être un grand succès, sauvant ainsi l'entreprise et la propulsant dans l'imaginaire collectif. Sanchez finit par gagner la finale face à Kenny Florian. Ce combat se déroule dans la catégorie des poids moyens de l'UFC (185 lb/84 kg). Avant la finale Diego attire l'attention par son comportement souvent étrange. Nous pouvons citer notamment ses séances de "Yoga-Bodybuilding" où il se recouvre d'huile et qu'il prend des poses où il contracte ses muscles.
Diego Sanchez affronte le dernier champion poids légers du Strikeforce avant sa fermeture définitive, Gilbert Melendez, lors de l'UFC 166 le [2]. Après avoir été dominé durant les deux premiers rounds, il remporte le dernier en réussissant à faire s'écrouler son adversaire sur un uppercut. Il n'arrive pas à finir le combat et le perd par décision unanime.
Pour son combat suivant, il affronte Miles Jury lors de l'UFC 171. Il perd ce combat par décision unanime, étant dominé debout lors des trois rounds du combat.
Palmarès en arts martiaux mixtes
Sauf indication contraire ou complémentaire, les informations contenues dans cette section proviennent du site Sherdog.com[3].