Mendilibar nunca llegó a jugar con el primer equipo del Athletic Club, ni tampoco en Primera División.
[11] Gracias a esa buena labor, el Athletic Club lo eligió para entrenar al equipo vizcaíno en la temporada 2005-06.
[17] El 1 de febrero de 2010, tras dos temporadas en las que mantuvo al equipo pucelano en la élite;[18][19] José Luis fue destituido como entrenador del Real Valladolid, siendo sustituido por Onésimo Sánchez, preparador del filial.
[20] Sin embargo, el cambio de técnico no surtió efecto y el equipo pucelano descendió.
[22] Así, Mendilibar siguió al frente del equipo navarro en la temporada 2011-12.
[23] Osasuna terminó la campaña séptimo, a un solo punto de entrar en competiciones europeas.
[24] En la temporada 2012-13, tras sufrir un comienzo muy negativo,[25] poco a poco Osasuna fue remontando y terminó obteniendo la permanencia a falta de una jornada para el final,[26] lo que supuso una nueva renovación para Mendilibar.
[27] Pero otro mal arranque en la Liga 2013-14 (3 derrotas en 3 partidos) acabó con el despido del técnico vizcaíno.
[31] Tuvo un inicio sorprendente al frente del conjunto vasco, situándose en posiciones europeas en las primeras jornadas de Liga.
[33] En su segundo curso en el banquillo de Ipurúa, Mendilibar logró llevar al conjunto armero a un solvente décimo puesto en la Liga.