Nel 1967-1968 passò al Palermo, con cui rimase per quattro stagioni: all'esordio vinse la Serie B e il "Seminatore d'Oro". Nei due anni seguenti Di Bella guidò i palermitani in Serie A, conquistando un 11º posto nel 1968-1969 (frutto di 30 punti e 11 pareggi) e retrocedendo nella stagione successiva dopo il 15º posto; la retrocessione si decise alla terz'ultima giornata, dopo il pareggio contro la . In quel campionato la squadra batté il Cagliari che avrebbe poi vinto lo scudetto.