Per il ritorno in Serie A, nella stagione 2004-2005 la proprietà acquistò, tra gli altri, Martin Jørgensen e Tomáš Ujfaluši; il 18 dicembre 2004 Andrea Della Valle assunse la carica di presidente della società. Mondonico rimase alla guida dei viola fino alla settima giornata con prestazioni non positive, venendo poi esonerato e sostituito prima da Sergio Buso, poi da Dino Zoff; i viola nonostante le difficoltà concorsero comunque per un posto in Coppa UEFA, prima che alcuni risultati negativi come lo 0-6 subito dal Milan compromettessero la classifica. La squadra riuscì a centrare la salvezza solo all'ultima giornata, classificandosi al sedicesimo posto in campionato per la classifica avulsa, grazie alla vittoria sul Brescia e ai pareggi di Bologna e Parma. In Coppa Italia i gigliati superarono il primo girone davanti al Piacenza, battendo poi Brescia e Parma, venendo eliminati ai quarti dalla Roma ai calci di rigore.