Per la stagione successiva viene ingaggiato come nuovo allenatore Giuseppe Sannino, proveniente dal . Il campionato di Serie A del 2011-2012, l'anno del ritorno in Serie A, fu la stagione d'oro per la società bianconera: si piazzarono al 14º posto nel campionato, con Mattia Destro e Emanuele Calaiò che formarono una coppia attacco smagliante, collezionando insieme 23 gol––l'unica squadra ad avere 2 giocatori nella top 15 della classifica marcatori, e arrivarono fino alla semifinale della Coppa Italia 2011-2012 dove persero contro il Napoli––dopo aver vinto la gara d'andata 2-1. La stagione comincia un po' traballante con 2 punti nelle prime tre giornate di campionato grazie ai pareggi sui campi di Catania e Roma. La prima vittoria arriva alla 5ª giornata quando i bianconeri si impongono per 3-0 sul Lecce. La salvezza giunge matematicamente il 2 maggio 2012 grazie al pareggio per 1-1 all'Olimpico contro la Lazio; al termine della stagione i bianconeri giungono al 14º posto eguagliando il precedente record di 44 punti. A fine stagione l'allenatore Giuseppe Sannino e il Direttore sportivo Giorgio Perinetti, lasciano il Siena destinazione Palermo.