Op 3 december 2009 maakte Mielitz z'n debuut voor Werder Bremen in de Europa League tegen CD Nacional, als invaller voor de geblesseerde Tim Wiese. Op 6 december 2009 maakte hij z'n debuut in de Bundesliga tegen 1. FC Köln. Tijdens het seizoen 2012-2013 werd hij eerste doelman nadat Wiese transfervrij vertrok naar 1899 Hoffenheim. In het seizoen 2013/14 verloor hij rond de jaarwisseling zijn plek tussen de palen aan Raphael Wolf.