Nel campionato 2002-2003, con Silvio Baldini come allenatore, il club empolese riuscì a raggiungere la salvezza. Durante le prime giornate del torneo stabilì il record di vittorie esterne consecutive per una neopromossa in Serie A, vincendo le prime 4 trasferte (Como-Empoli 0-2, Perugia-Empoli 1-3, Piacenza-Empoli 1-2 e, infine, Brescia-Empoli 0-2). Nello stesso anno un altro suo giocatore, l'attaccante Antonio Di Natale, riuscì ad esordire nella Nazionale italiana, il 20 novembre 2002 nell'amichevole Italia- 1-1. Nell'anno successivo l'Empoli retrocesse in Serie B. Nel 2004-2005 venne però ripromosso in Serie A per la quarta volta, classificandosi secondo nel campionato di B e risultando primo dopo i processi legali per l'illecito sportivo del Genoa, retrocesso poi dalla A alla C1.