Etter en sesong med lite spilletid grunnet hard konkurranse fra blant annet Cesc Fàbregas og Mathieu Flamini om plassen på den sentrale midtbanen hos Arsenal, meldte Gilberto overgang til greske Panathinaikos. 18. juli 2008 skrev han under på en 2+1-årskontrakt med klubben, men årlige lønninger på 3,6 millioner euro. Overgangen fra Arsenal til Panathinaikos ble på omtrent 1,6 millioner euro.