עונת 2009/2010 הייתה מהמוצלחות והדרמטיות בתולדות המועדון, שזכה בדאבל בפעם הרביעית בתולדותיו. בגמר גביע המדינה גברה הקבוצה על בני יהודה, ואת האליפות השיגה רק בדקה ה-92 של מחזור הסיום, משער הניצחון שהבקיע ערן זהבי באצטדיון טדי מול בית"ר ירושלים. במהלך העונה הובילה מכבי חיפה את הליגה בהפרש נקודות גדול, אך עקב שיטת הקיזוז שהונהגה לראשונה בליגה, קוצץ מספר הנקודות שהשיגו הקבוצות בשני הסיבובים הראשונים בחצי, מה שאפשר להפועל לסגור את הפער. במחזור השני של הפלייאוף, לאחר הקיזוז, נפגשו שתי הקבוצות למשחק העונה שנערך במגרשה של חיפה בקריית אליעזר. הפועל תל אביב ניצחה 1–0 משער של מהראן לאלא ועלתה לראשונה באותה עונה למקום הראשון, אותו איבדה שבועיים לאחר מכן ואליו חזרה, כאמור, רק עם שריקת הסיום של המחזור האחרון. במהלך העונה השיגה פעמיים רצף של שמונה ניצחונות, בנוסף לרצף של 31 משחקים ללא הפסד ליגה, החל מהמחזור הרביעי, בו ספגה הקבוצה את הפסדה היחיד באותה עונה, ועד לסיום העונה. גם בליגה האירופית הגיעה הקבוצה להישגים מרשימים. לאחר שהעפילה לשלב הבתים, השתתפה בבית שכלל את המבורג, סלטיק וראפיד וינה. היא ניצחה את שלושתן בבית, ואת ראפיד וינה גם באוסטריה, וסיימה במקום הראשון בבית. בסיבוב הבא הודחה בידי רובין קאזאן לאחר הפסד 0–3 ברוסיה ותיקו 0–0 במשחק הבית. שחקנים רבים בהפועל תל אביב הצטיינו בעונה זו, ביניהם אניימה, דאגלס דה סילבה, אביחי ידין, איתי שכטר שכבש 22 שערי ליגה וגילי ורמוט שנבחר לכדורגלן העונה.
בעקבות זכייתה באליפות בשנת 2010, השתתפה הפועל תל אביב במוקדמות ליגת האלופות. לאחר שהדיחה את ז'לייזניצ'אר סרייבו, אקטובה ורד בול זלצבורג, העפילה לראשונה בתולדותיה לשלב הבתים של המפעל. היא הוגרלה לבית הכולל את אולימפיק ליון, בנפיקה ליסבון ושאלקה 04. לאחר שלושה הפסדים בשלושת משחקיה הראשונים, סיימה בתיקו 0–0 ביתי מול שאלקה, הביסה 3–0 את בנפיקה, וסיימה בתיקו 2–2 את משחקה בליון, לאחר שהובילה 2–1 עד הדקה ה-88, תוצאה שהייתה יכולה להספיק לה למקום השלישי בבית ולהמשך משחקים בליגה האירופית. בסופו של דבר סיימה במקום הרביעי והודחה מהמפעל. את עונת 2010/2011 סיימה הקבוצה כסגנית האלופה אחרי מכבי חיפה, ולראשונה מקום המדינה שחקן הקבוצה, טוטו תמוז, הוכתר כמלך השערים של הליגה, לאחר שכבש 21 שערים בעונתו הראשונה בקבוצה. הפועל תל אביב זכתה בפעם השנייה ברציפות בגביע המדינה, לאחר שניצחה בגמר את מכבי חיפה 1–0 משער של סלים טועמה. בתום העונה עזבו את הקבוצה אלי גוטמן ויוסי אבוקסיס, ודרור קשטן מונה בפעם הרביעית למאמן הקבוצה.
תקופת אלי טביב.
ביולי 2011 פסק בית המשפט המחוזי, כי אלי טביב זכה בבעלות הבלעדית על הפועל תל אביב. על טביב נמתחה ביקורת רבה בתקשורת על התנהלותו, ובמקביל ארגנו אוהדי הפועל תל אביב מחאה חריפה וממושכת כנגד טביב, בדרישה שימכור את הקבוצה לבעלים אחרים.
במהלך הקיץ ובמקביל להעברת הקבוצה לידי טביב, נמכרו לקבוצות באירופה כמעט כל כוכבי הקבוצה שזכתה באליפות ושני גביעים בשנתיים הקודמות וביניהם וינסנט אניימה, ערן זהבי, איתי שכטר וגילי ורמוט. במקומם הגיעו אפולה אדל, נוסא איגיבור ועומר דמארי. בעונת 2011/2012 העפילה הקבוצה לשלב הבתים בליגה האירופית, והוגרלה לבית הכולל את פ.ס.וו. איינדהובן, ראפיד בוקרשט ולגיה ורשה. לאחר שלושה הפסדים בשלושת משחקיה הראשונים, סיימה בתיקו 3–3 את משחקה באיינדהובן, ניצחה 3–1 את משחקה בבוקרשט וניצחה בבית 2–0 את לגיה ורשה. בסופו של דבר סיימה במקום השלישי והודחה מהמפעל. ב-9 בינואר 2012, לאחר תקופה של מתיחות בין המאמן, דרור קשטן, לבעלים, אלי טביב, הוחלט על הפסקת עבודתו של קשטן במועדון. ב-11 בינואר מונה ניצן שירזי כמאמנה החדש של הפועל תל אביב יחד עם עוזרו החדש שביט אלימלך, שוער הפועל תל אביב בעבר. על אף החיכוכים לאורך העונה הצליחה הקבוצה לסיים את הליגה במקום השני, וב-15 במאי 2012 זכתה בגביע המדינה לאחר ניצחון 2–1 על מכבי חיפה במשחק הגמר, משער בדקה ה-92 של נוסא איגיבור, וזכתה בפעם השלישית ברציפות בגביע. הייתה זו הפעם השנייה מאז שנות ה-30 שהקבוצה זוכה בגביע 3 פעמים ברציפות, והיא הקבוצה הישראלית היחידה שהגיעה להישג זה.
ככל שהתקדמה העונה, החריפה מחאת האוהדים נגד טביב, והפכה לקונצנזוס בקרב כלל האוהדים עם התפטרותם של כל חברי ההנהלה הבכירה של המועדון. האוהדים הפגינו כנגד טביב בכל הזדמנות אפשרית והצהירו שלא יפסיקו עד שטביב יעזוב את המועדון. ב-21 באפריל 2012 הכריז טביב כי הוא מעמיד את הקבוצה למכירה.
תקופת חיים רמון ועמותת האוהדים.
ב-4 ביולי 2012 הכריז חיים רמון במסיבת עיתונאים כי קיבל מטביב ייפוי כוח בלתי חוזר למכירת המועדון, כך שהפך באופן בלתי פורמלי לבעלים של המועדון. ב-17 ביולי 2012 הושקה עמותת האוהדים של הפועל תל אביב, שהצהירה כי תפעל בשיתוף פעולה מלא עם חיים רמון במטרה לרכוש עד כ-50% מהמועדון שיעברו לשליטת האוהדים. ב-19 ביולי 2012 אישר בית הדין העליון של ההתאחדות לכדורגל את העברת זכויות הניהול בהפועל תל אביב לידי חיים רמון. בהמשך העונה הועברו 20% מהבעלות לידי עמותת האוהדים, ובמקביל נרכשו 30% על ידי אנשי עסקים נוספים.
במהלך הקיץ הצטרפו לקבוצה שחקנים רבים, ובהם גילי ורמוט, שחזר לקבוצה אחרי שנה באירופה. גם בעונת העפילה הפועל תל אביב לשלב הבתים של הליגה האירופית, והוגרלה לבית הכולל את אתלטיקו מדריד, ויקטוריה פלזן ואקדמיקה דה קוימברה (מולה ערכה הפועל תל אביב בפורטוגל את משחקה ה-100 במפעלים האירופאים). בשלב הבתים השיגה הפועל 4 נקודות, סיימה במקום האחרון בבית והודחה מהמפעל. ב-27 בספטמבר 2012 עבר ניצן שירזי לתפקיד המנהל המקצועי של המועדון, ויוסי אבוקסיס החליפו בתפקיד המאמן הראשי. לאחר מכן מונה אסי דומב לתפקיד עוזר המאמן. ב-16 בפברואר 2013 פוטר אבוקסיס מתפקידו, לאחר רצף של חמישה משחקים ללא ניצחון, ובמקומו מונה פרדי דוד. בגביע המדינה הודחה הקבוצה בשלב רבע הגמר, לאחר הפסד 0–1 להפועל ראשון לציון מהליגה הלאומית. היה זה הפסדה הראשון של הקבוצה בגביע מאז שנת 2005, כאשר לאורך תקופה זו הגיעה 6 פעמים למעמד הגמר, זכתה בחמישה גביעים, והודחה רק פעמיים בבעיטות הכרעה. בליגה סיימה הקבוצה את עונת 2012/2013 במקום השלישי, ובתום העונה סיים פרדי דוד את תפקידו.
לקראת עונת 2013/2014 מונה רן בן שמעון למאמן הקבוצה, והחליף את מרבית שחקני הסגל בשחקנים חדשים. במוקדמות הליגה האירופית הודחה הקבוצה על ידי פאנדורי הרומנית, ובגביע המדינה הודחה בסיבוב ח' על ידי הפועל חיפה. בליגה סיימה הקבוצה במקום הרביעי, והבטיחה את השתתפותה בליגה האירופית בעונה הבאה הודות לזכייתה של עירוני קריית שמונה, שסיימה במקום השלישי, בגביע המדינה. שחקן הקבוצה, עומר דמארי, כבש בעונה זו 26 שערי ליגה, ושבר את שיאו של איתי שכטר כשחקן הפועל תל אביב שכבש הכי הרבה שערים בעונה אחת.
לקראת עונת 2014/2015 מונה אייל ברקוביץ' לתפקיד המנג'ר במועדון, ושחקן העבר של הקבוצה, אסי דומב, ששימש בעונות האחרונות כעוזר מאמן, החליף את רן בן שמעון בעמדת המאמן הראשי. מהליגה האירופית הודחה הקבוצה כבר בסיבוב המוקדמות השני על ידי אסטנה הקזחית. ב-20 בינואר 2015 התפטר ברקוביץ' מתפקידו, וארבעה ימים לאחר מכן פוטר דומב והוחלף באלי כהן, שאימן את הקבוצה בעבר. במשחק הראשון לאחר מינויו של כהן הודחה הקבוצה מגביע המדינה, לאחר שהפסידה בשמינית הגמר להפועל כפר סבא מהליגה הלאומית. בליגה לא הצליחה הקבוצה להעפיל לפלייאוף העליון, לראשונה מזה שבע שנים, וסיימה את העונה במקום השמיני בטבלה.
תקופת אמיר כבירי.
לקראת עונת 2015/2016 רכש אמיר גרוס כבירי 30% ממניות הקבוצה, וב-1 ביולי 2015 אישרה ההתאחדות לכדורגל את העברת זכויות הניהול של המועדון מחיים רמון לכבירי. ססאר מנדיונדו הספרדי מונה למאמן הקבוצה, ולעוזרו מונה ואליד באדיר, קפטן הקבוצה בעבר. לאחר שני מחזורי ליגה בלבד פוטר מנדיונדו, ובמקומו מונה באדיר למאמן הזמני של הקבוצה. ב-5 בנובמבר 2015 מונה גיא לוי למאמן הקבוצה. ב-10 בינואר 2016 חזר אלי גוטמן למועדון, ומונה למנג'ר. תשעה ימים לאחר מכן פוטר גיא לוי מתפקידו, וגוטמן החל לשמש כמאמן הקבוצה בפועל. בגביע המדינה הודחה הקבוצה בפעם השנייה ברציפות על ידי הפועל כפר סבא בשמינית הגמר, ובליגה סיימה הקבוצה את העונה במקום התשיעי.
לקראת עונת 2016/2017 סיכמה הקבוצה על מעברה הזמני לאצטדיון המושבה בפתח תקווה, עקב עבודות שיפוצים באצטדיון בלומפילד. ב-20 בספטמבר 2016 מונה גיא לוזון לקדנציה שנייה כמאמן הקבוצה, ואילו גוטמן חזר לשמש כמנהל מקצועי. בעקבות כך סיים באדיר את תפקידו בקבוצה, ואופיר חיים מונה לעוזר המאמן.
ב-6 בדצמבר 2016 הגישה הקבוצה בקשה להקפאת הליכים, בה נטען כי היא חייבת לנושים כ-100 מיליוני שקלים. ב-4 בינואר 2017 אישר בית המשפט את פירוק החברה שהחזיקה בקבוצה, לה הופחתו תשע נקודות ממאזנה בטבלת ליגת העל.
תקופת קבוצת ניסנוב.
לאחר פירוק הקבוצה היא נמכרה לקבוצת רכישה שהורכבה מהאחים איציק ושרון ניסנוב, זאב גרינברג, מאיר תושב ואחיינו בועז תושב. ב-12 בינואר התפטר לוזון מתפקידו, ובמקומו מונה מנחם קורצקי למאמן הקבוצה, ולעוזרו מונה שחקן הקבוצה בעבר, יגאל אנטבי. בסיום העונה ירדה הקבוצה לליגה הלאומית בפעם השנייה בתולדותיה, ולראשונה מזה 28 עונות, לאחר שלא הצליחה לסגור את פער 9 הנקודות שהורדו לה, וסיימה במקום האחרון בטבלה.