Po serii zwycięstw otrzymał możliwość stoczenia walki o pas mistrzowski wagi lekkiej który był w posiadaniu Bena Hendersona. Do walki doszło 16 grudnia 2010 roku na gali WEC 53. Mistrzowski pojedynek trwał cały dystans pięciu rund w czasie których przeważał Pettis punktując akcjami bokserskimi i kopnięciami, a pod koniec 5. rundy w spektakularny sposób odbił się nogą od klatki trafiając kopnięciem Hendersona w głowę. Po gongu kończącym pojedynek sędziowie jednomyślnie ogłosili zwycięstwo Pettisa oraz nowego mistrza wagi lekkiej. Za tę walkę obaj zostali wynagrodzeni bonusem finansowym za „walkę wieczoru” w wys. 10 000$.
UFC Na początku 2011 roku World Extreme Cagefighting zostało wchłonięte przez Ultimate Fighting Championship. Wszyscy zawodnicy mający ważne kontrakty z WEC zostali przeniesieni do UFC, a mistrzowie dywizji koguciej i piórkowej zostali automatycznie mistrzami UFC w tych kategoriach. Pettis został zmuszony do zunifikowania swojego pasa mistrzowskiego wagi lekkiej, gdyż UFC posiadało już mistrza w tej kategorii wagowej. Swój pierwszy pojedynek po fuzji WEC/UFC stoczył 4 czerwca 2011 roku na gali The Ultimate Fighter 13 Finale. Przeciwnikiem Pettisa był Clay Guida.