Anche nell'annata 1963-1964 il club gigliato continuò a far esordire giovani come Ugo Ferrante in prima squadra, inserendo in rosa Giovan Battista Pirovano e affidando la porta a Enrico Albertosi dopo l'addio di Sarti. I viola, allenati da Giuseppe Chiappella, che sostituì Valcareggi, ebbero una stagione discontinua nelle prestazioni e, grazie soprattutto alla parte centrale del campionato, si classificarono al quarto posto. Hamrin si piazzò al secondo posto nella classifica marcatori con 19 reti, 5 dei quali segnati nel 7-1 contro l'Atalanta. Nella coppa nazionale la Fiorentina si fermò in semifinale, dopo aver superato Palermo, , Cagliari e Milan, perdendo solo ai rigori contro la Roma. La viola partecipò anche alla Coppa Piano Karl Rappan, finendo seconda nel girone di qualificazione dietro allo .