En la temporada 1948-49 se logra el ascenso a Tercera División siendo presidente Miguel Rodríguez Alzola y entrenador Tomás camiseta retro osasuna Rodríguez Rubio. Temporada 1994-95. En la Copa del Rey se alcanzan los cuartos de final después de eliminar al C. D. Numancia, al Andorra C. F., al Racing de Santander y al Palamós. A final de temporada, y a pesar de haber llevado a cabo un fichaje de relumbrón como Rádchenko, el Rayo ocupa el puesto décimo octavo, lo que le obliga a disputar de nuevo la promoción, y de nuevo contra el Mallorca, que esta vez le derrota por el valor doble de los goles (1-0 en la ida y 2-1 en la vuelta). De color rojo, de un tono más claro del habitual, la camiseta elimina los detalles azules e incluye un identificativo de la final de Copa. Uniforme titular: Camiseta azul, pantalón blanco y medias azules. Ante las complicaciones extradeportivas, la afición (con la Plataforma ADRV al frente) crea y organiza la «Fila 0», donde todo el que quisiera pudiese hacer un donativo, o comprar una camiseta con el lema «Equipo y afición, unidos por un sentimiento», para pagar a los trabajadores, jugadores y canteranos del club.
El domingo 5 de noviembre de 1972 se disputa el primer partido oficial en el Estadio de Vallehermoso, ganando al C. E. Sabadell por 3 goles a 0. Empezaba con este partido un exilio forzoso que duraría cuatro años, exactamente hasta el 6 de junio de 1976, cuando el Rayo disputó el último partido de la temporada 1975-76 contra el Real Valladolid, ya en el Nuevo Estadio de Vallecas, camiseta de osasuna construido sobre las ruinas del antiguo estadio. El equipo logra su mejor inicio de temporada al ganar los 5 primeros partidos y se mantiene en los puestos de arriba durante toda la competición, llegando a ser líder en cuatro ocasiones. Rojillo suele aparecer antes y durante el descanso de los partidos celebrados en El Sadar para animar y divertir a la afición. En la segunda fase, el equipo de Sandroni debería enfrentarse en partidos de ida y vuelta ante los cuatro últimos del otro subgrupo: Las Palmas Atlético, Marbella FC, RC Recreativo de Huelva y CD Marino. Temporada 1996-97. Con la Liga formada por 22 equipos, se establecen cuatro puestos de descenso directo y uno de promoción para reducir la Primera División a una Liga de 20 equipos. Los nervionenses volverían, así, a vestir la marca que ya lucieron formalmente entre 1979 y 1983, que, en realidad, fue la primera que implantó su logo en una casaca blanquirroja, como desgrana la cuenta especializada en la red social ‘X’ @BenditosColores.
La temporada 2019/20 el equipo regresa a Segunda División en la que deambula en los puestos de playoff de ascenso hasta el parón en marzo debido a la pandemia COVID-19. En la temporada 1981-82 la A.D. A pesar de conseguir el objetivo de la permanencia con solvencia el entrenador Borja Jiménez anuncia que no continuará en el equipo la próxima temporada. En la temporada 1976-77, tras conseguir en la última jornada el punto que necesitaba ante el Getafe Deportivo, el Rayo consigue el primer ascenso a Primera División, sin perder ningún partido en el Nuevo Estadio de Vallecas. En la Liga se consigue el segundo puesto de la clasificación y se logra el cuarto ascenso a Primera. José Ramón Sandoval, artífice del ascenso del filial a 2.ªB, se pone al frente del primer equipo a petición de la afición y tras la vuelta de Miñambres a su puesto de director deportivo.
Karol G en el encuentro de la segunda vuelta. La nueva ola de jugadores jóvenes, arropados por los veteranos, vuelven a satisfacer las apetencias de los aficionados. La movilización, integración y apoyo a los jugadores por parte de la afición y del barrio de Vallecas es innegable en este periodo: pañoladas y tarjetas rojas durante los partidos, pancartas de protesta, se arrancan las letras de Teresa Rivero del estadio, se convoca una manifestación (12 de marzo de 2011) desde el Puente de Vallecas hasta el estadio con el lema «87 años de historia merecen más respeto», y se monta una cadena humana alrededor del estadio previo al partido frente al Granada. El 5 de mayo de 2011, ante la presión económica y el rechazo continuo de la afición, se hace oficial la venta del club al empresario madrileño Raúl Martín Presa, que se hace con el 98,6% de las acciones. Temporada 2009-10. Llega al club Rubén Castro, del Huesca y José María Movilla, del Murcia, club al que es traspasado Miguel Ángel Albiol. El 8 de diciembre de 1957 se inaugura el Estadio de Vallecas con un amistoso entre el Rayo Vallecano y el América de Belo Horizonte (Brasil), que ganó el partido por 0-1. En la temporada 1960-61 el equipo desciende a Tercera.