La domenica successiva, 20 dicembre 2009, conquista la sua prima vittoria col Catania a Torino contro la Juventus per 1-2 (non succedeva dal 1963 che gli etnei vincessero a Torino), seguita da una serie di risultati positivi (tra cui uno 0-1 in casa della Lazio, dove i siculi non vincevano dal 1981), che permettono al Catania di sollevarsi dal terzultimo posto e raggiungere una zona tranquilla della classifica. Il 12 marzo 2010 battendo l' per 3-1 interrompe un'assenza di successi che vedeva i rossazzurri senza vittorie sui nerazzurri da 44 anni. Il 9 maggio seguente centra la salvezza matematica (42 punti) con il Catania nello scontro con il Bologna allo stadio dall'Ara, con un pareggio per 1-1. La domenica successiva, ultima di campionato, battendo il Genoa al Massimino per 1-0 permette al Catania di conquistare il record di punti (45 di cui 36 fatti da Mihajlovic in 23 partite) nella recente storia della squadra rossazzurra in Serie A (migliorato poi nella stagione 2012-2013 da Rolando Maran) e la 13ª posizione in classifica finale. Il 24 maggio Mihajlović si dimette dall'incarico di allenatore tramite una lettera mandata alla società.