Il a rejoint l'UFC le 3 juin 2010 et était prévu pour affronter l'ancien champion des poids mi-lourds du WEC, Steve Cantwell, lors de l'UFC 116 : Brock Lesnar versus Shane Carwin. Cependant, Cantwell a dû se retirer, ce qui a entraîné l'annulation du combat. À la place, Romero a affronté Seth Petruzelli à l'UFC 116. Lors de son tout premier combat à l’UFC, Romero l'a emporté par soumission.
