אחרי יותר משנה מחוץ למגרשים, מריו צ'אלמרס חוזר ל-NBA. על פי דיווחים בארה"ב, הרכז יחתום לעונה אחת אצל ממפיס גריזליס, שם שיחק בעונת 2015/16 עד שנפצע ברגלו.
במהלך חודש מרץ של אותה עונה קרע צ'אלמרס את גיד האכילס והזדקק לשיקום ארוך מאוד. בסיום אותה עונה הגריזליס ניפו אותו ועתה החליטו להחזירו. השחקן בן ה-31, שזכה בשתי אליפויות NBA, יתאחד עם המאמן דייויד פיזדייל, שהיה עוזר המאמן כששיחק במיאמי היט.
בעונה האחרונה בה שיחק העמיד ממוצעים של 10.3 נקודות, 3.8 אסיסטים ו-2.6 ריבאונדים ב-22.5 דקות. עונת השיא שלו בליגה הטובה בעולם הייתה 2013/14, בה סיים הרכז עם ממוצעים של 10 נקודות, 5 אסיסטים ו-3 ריבאונדים למשחק, כשהוא פתח בחמישייה בכל 73 המשחקים בהם לקח חלק.