Меньшов начал свою спортивную карьеру в 2000, когда он заключил контракт с испанской командой Banesto. Первый успех пришёл к нему в 2001, когда он выиграл Tour de l'Avenir (гонка для профессиональных молодых гонщиков). Через год он смог выиграть один этап и стать победителем горной классификации на Dauphine Libere. В 2003, Меньшов совершил большое достижение, занял 11-ое место в генеральной классификации на Тур де Франс и стал лучшим молодым гонщиком. 2004 год был последним, когда он выступал за Banesto, и в то же время, одним из лучших в его карьере. Он выиграл Vuelta al Pais Vasco, этапы Vuelta a Aragon и Париж-Ницца, а также 5-ый этап Вуэльты Испании от Сарагосы до Морельи.
Контракт Меньшова с командой истек в сентябре 2004, тогда он оформил контракт с голландской командой Rabobank на 2 года. Здесь он стал капитаном команды, после того как оттуда ушёл Леви Лайфаймер. В 2005 он должен был стать одним из фаворитов Тур де Франс, но из-за простуды он стал лишь 85-ым в генеральной классификации, и финишировал с отставанием в 2 часа 35 минут от Лэнса Армстронга. Но Меньшов реабилитировался за свою неудачу на Вуэльте. Он победил на первом этапе (гонка на время) и на девятом, и стал лидером генеральной классификации на некоторое время. На 15-ом этапе он проиграл борьбу Роберто Херасу в горах, и закончил гонку 2-ым в генеральной классификации. Но Роберто Херас был дисквалифицирован за применение допинга, а Меньшов стал официальным победителеи Вуэльты Испании 2005.
В 2006, Меньшов выиграл на Тур де Франс 11-ый, сложнейший, горный этап. Он победил после спринетрской развязки с американцами Лайфаймером и Лэндисом. Он имел хорошие шансы на попадание в призёры Тура, но из-за усталости скатился с 3-его на 6-ое место после борьбы в Альпах.
В 2007, Меньшов покинул Тур де Франс на 17-ом этапе вместе со всей командой, через день после того, как Михаэль Расмуссен был уволен из команды из-за подозрения в применении допинга. В том же году, он во второй раз смог выиграть Вуэльту в генеральной, а также горной классификациях.
В 2008 Меньшов заявил, что не примет участия в Вуэльте, но постарается хорошо выступить на Тур де Франс.
Перед Тур де Франс-2008 Денис Меньшов значился одним из претендентов на общую победу. На первых важных этапах в Пиренеях он не атаковал, действовал от обороны, в итоге к главным решающим этапам в Альпах находился на 5-й позиции в генеральной классификации с отставанием в 57 секунд от лидера гонки Кэйдела Эванса.
На первом альпийском, 15-ом этапе, после которого должны были произойти изменения в общем зачёте, Меньшов, находясь в группе лидеров со всеми основными конкурентами на общую победу, за 7 километров до финиша предпринял попытку отрыва, но на крутом вираже совершил падение (видео). Быстро настигнув проехавшую мимо него группу, он финишировал на этом этапе 8-ым. После 15-ого этапа он поднялся на 4-ую позицию в генеральной классификации, и теперь проигрывает новому лидеру 38 секунд. На следующий день он заявил, что считает главным своим конкурентом за победу Карлоса Састре.
После дня отдыха группа фаворитов в полном составе добралась до пика последнего подъёма, но Денис, осторожничая на спуске, на финише своим бывшим попутчикам проиграл 32 секунды, что откинуло его на 5-ую позицию (проигрыш 1 минута и 13 секунд относительно Франка Шлека).
Перед началом восхождения на Альп д'Юэз вновь все фавориты держались вместе. За 13 км до финиша Карлос Састре предпринял атаку, и Денис поддержал его; группа нагнала их, затем последовала ещё одна атака Састре, Меньшов её поддержал, но тут же провалился в хвост группы, а затем и вовсе пошёл один. Састре ушёл в отрыв, который наращивал до финиша, а отставание Дениса от жёлтой майки, то достигало 30 секунд, то сокращалось до 10, но Меньшов, соблюдая ровный темп, всё-таки смог нагнать их. На финише Денис проиграл Карлосу 2 минуты 15 секунд, с остальными конкурентами приехал с одним временем. В генеральной классификации Меньшов остался на 5-ом месте с отставанием 2 минуты 39 секунд от новой жёлтой майки, Састре, минута и 5 секунд до Кэдела Эванса.
Горы закончились, на пути к Парижу остались равнинные этапы и гонка с раздельным стартом. На 18-м и 19-м этапах, как и предполагалось, изменений среди лидеров генеральной классификации не произошло, все фавориты приезжали в одной большой группе. Перед гонкой с раздельным стартом Денис имел высокие шансы на попадание в призёры генеральной классификации и сохранял ещё теоретические шансы на победу. Но на разделке Меньшов не смог много выиграть у своих конкурентов и остался 4-м в итоговом протоколе.
