Fu promosso in Serie B l'anno successivo. Nella stagione 1930-31 sfiorò la promozione in A terminando il campionato al terzo posto a soli tre punti dal Bari. Nella stagione successiva il Palermo ottenne la promozione in A grazie anche ai 27 goal segnati dal suo bomber, Radice. Nello stesso anno venne inaugurato lo Stadio "La Favorita" di Palermo che allora si chiamava Stadio Littorio.
La prima partita nel nuovo stadio venne disputata il 24 gennaio 1932 contro l'Atalanta; il Palermo vinse la partita per 5-1. Nel 1934-35 la squadra giocò un buon campionato classificandosi settima. La stagione successiva tuttavia venne retrocessa in B.
In quegli anni in Serie B militavano tre squadre siciliane, il Palermo, il Messina e il Catania; fu in quegli anni che il Palermo giocò i primi derby contro il Calcio Catania. La prima partita ufficiale tra le due squadre in Coppa Italia si giocò a Catania nel 1935-36 e finì 1-0 per la squadra di casa. Il primo derby in campionato si disputò il 1 novembre 1936 allo Stadio Littorio, finì 1-1 e fu vista da solo otto tifosi del Catania; il Palermo vinse poi la gara di ritorno per 1-0. Nel 1940 la squadra venne esclusa dal campionato per inadempienze finanziarie; ricominciò dalla serie C in seguito alla fusione con la Juventina Palermo.
Nel 1942 la squadra tornò in Serie B ma nella stagione successiva il presidente della società Beppe Agnello fu costretto a ritirare la squadra dal campionato in seguito all'invasione americana della Sicilia.
Il 4 maggio 1970 Renzo Barbera divenne il nuovo presidente del club; viene considerato da molti il miglior presidente del Palermo di sempre. Dopo il 1973 il Palermo militò in Serie B per un lungo periodo di tempo. Nonostante giocasse in B in quel periodo il Palermo sfiorò la vittoria della Coppa Italia nel 1974 e nel 1979; nel 1974 venne battuta a Roma in finale dal Bologna ai calci di rigore dopo che i tempi regolamentari e supplementari si erano chiusi sul risultato di 1-1, con rete del pareggio bolognese ottenuta nei minuti di recupero su rigore concesso magnanimamente dall'arbitro Gonella; nel 1979 perse la finale a Napoli per 2-1, dopo i tempi supplementari, battuta dalla Juventus che era riuscita a pareggiare sul finale di partita il goal di Chimenti. Nel 1977 la società rosanero cambiò il nome in Società Sportiva Calcio Palermo.
Gli anni '80
Il 7 marzo 1980 Barbera vendette il club al costruttore Gaspare Gambino, in seguito ad una penalizzazione di cinque punti legata allo scandalo Totonero che coinvolse il centrocampista del Palermo Guido Magherini che venne squalificato per 3 anni e mezzo. Nel 1984 il Palermo venne retrocesso in Serie C1 per la prima volta della sua storia ma ritornò in Serie B la stagione successiva. Al termine della stagione 1985 – 86 il Palermo fu radiato dalla FIGC per un debito di poco inferiore ai 500 milioni di vecchie lire. Dopo la radiazione il club scomparve per un anno e rinacque nel 1987. Per concessione della Federazione venne ammesso direttamente alla serie C2, invece di ripartire dalla categoria dell'Eccellenza come prevedevano le norme. Nel 1988 il Palermo tornò in C1.
Gli anni '90
Il Palermo tornò in Serie B solo nel 1991 ma l'anno dopo tornò in C1. Il Palermo vinse il campionato di Serie C1 nel 1993: in quella stagione in Serie C1 militavano numerose altre squadre siciliane come il Messina, il Catania, il Giarre, il Siracusa e l'Acireale, con l'Acireale che venne promosso in Serie B insieme al Palermo. I rosanero restarono in Serie B per quattro stagioni e nel 1994 ottennero una prestigiosa vittoria in trasferta per 1-0 contro il A.C. Milan nel secondo turno di Coppa Italia.
In quegli anni a causa delle ristrettezze finanziarie della società la squadra era composta da moltissimi ex primavera che riuscirono una stagione (1995/1996) a sfiorare la promozione in serie A. Tra i giovanissimi che militavano in quel Palermo ricordiamo: Gaetano Vasari e Giacomo Tedesco che da lì a poco passarono alla serie maggiore. A guidare questo gruppo era presente un capitano di lunga esperienza, Roberto Biffi. Nella stagione successiva il Palermo venne retrocesso in Serie C1. Nel 1997 il Palermo giocò uno dei suoi peggiori campionati, retrocedendo in Serie C2 dopo un drammatica e scioccante sconfitta nei play-out contro la Battipagliese (0-1 in trasferta, 0-0 in casa); tuttavia il Palermo venne ripescato in C1, in seguito all'esclusione, per problemi finanziari, dell'Ischia Isolaverde, un'altra squadra di Serie C1. E' in pratica, senza che nessuno lo sappia ancora, l'inizio della riscossa verso i massimi livelli del calcio italiano. Il presidente della AS Roma Franco Sensi comprò il club nel 2000 e nella stagione 2000-01, dopo una fuga solitaria che stava però per terminare prima del traguardo (con il cambio di allenatore a due giornate dalla fine, da Sonzogni a Sella), il Palermo vinse la Serie C1/B e venne promossa in Serie B.
Dal 2001 ad oggi
Nella stagione 2001/02, il Palermo disputa il campionato di Serie B classificandosi all' 11° posto in classifica con 48 punti. L'anno successivo, stagione 2002/03, il Palermo disputa il campionato di serie B, classificandosi al 5° posto in classifica con 58 punti. Ma questa volta c'è Maurizio Zamparini. Nella stagione 2003/04,il Palermo disputa il campionato di Serie B, classificandosi al 1° posto in campionato con 83 punti. Il Palermo vince il campionato di serie B e, dopo 32 anni, viene Promosso in serie A.
Nella stagione 2004/05, in Serie A, si classifica al 6° posto con 53 punti. Il Palermo termina 6° in classifica questa magnifica stagione e per la prima volta nella sua storia si qualifica in Coppa Uefa. Nella stagione 2005/06, in Serie A, si classifica al 5° posto con 52 punti. Si qualifica nuovamente in Coppa Uefa. Nella stagione 2006/07, in Serie A, si classifica al 5° posto con 58 punti. Stabiliti i seguenti record della storia rosanero: 1) maggior numero di punti in un campionato di serie A: 58 ; 2)maggior numero di vittorie in un campionato di serie A: 16; 3)maggior numero di vittorie in trasferta in un campionato di serie A: 7 .