Po zakończeniu przygody z zawodowym uprawianiem sportu zajął się szkoleniem piłkarzy. Od 1994 do 2005 roku prowadził zespoły co najwyżej drugoligowe (jak amatorski CD Arratia, drużynę juniorską Athleticu Bilbao i jego drużynę rezerw, CD Baskonia, CD Aurrerá de Vitoria, UD Lanzarote oraz SD Eibar). Pierwsza okazja do prowadzenia klubu z Primera División przytrafiła się w 2005 roku, po zwolnieniu Ernesto Valverde z Los Leones. Nie wykorzystał wówczas swojej wielkiej szansy - został zwolniony już po kilkunastu tygodniach, jako że jego drużyna zajmowała ostatnie miejsce w tabeli, z jedynie jednym zwycięstwem w dziewięciu meczach.
W latach 2011–2013 był z kolei szkoleniowcem Osasuny Pampeluna. Dzięki jego fachowej ręce i dyspozycji Andrésa, Nekunama, Puñala, R. Garcíi, Cejudo i Nino w sezonie 2011/12 doprowadził swoich podopiecznych do 7. miejsca w tabeli ligowej (o 1 punkt mniej niż Levante UD, które wywalczyło tym samym awans do europejskich pucharów). Rok później gracze Osasuny przez dłuższą część sezonu ocierali się o strefę spadkową, ale ostatecznie skończyli na 16. miejscu. Mendilibar został jednak zwolniony już po trzech pierwszych kolejkach nowego sezonu (2013/14). Los Rojillos przegrali premierowe mecze ligowe w nędznym stylu, ustępując na każdym kroku graczom z Granady, Bilbao oraz Villarreal CF.
