2015eko abuztuaren 27an Gilardino Palermon fitxatu zen. Palermon debuta egin zuen irailaren 13an Carpiren aurkako 2x2ko berdinketan. Urriaren 4an, Gilardino-k Roma-ren aurka gola egin zuen, giallorossientzat 2 eta 4 amaituz. Gilardinok denboraldiko bigarren gola sartu zuen Inter Milanen aurkako partidan, eta zortzigarren gola sartu zuen Nerazzurri taldearen aurka. 2016ko urtarrilaren 30ean, bere 184. Serie A gola sartu zuen Carpiren aurkako 1x1 kanpoko berdinketan, Gabriel Batistuta Serie A historiako hamaikagarren puntuazio altuena izanez. Serie A-n klub desberdinen aurka sartu dituen markagailuen errekorra ere berdindu du (38), eta orain Francesco Totti eta Roberto Baggio-rekin batera dauka. 2016ko maiatzaren 15ean, Veronaren aurkako etxean 3x2ko garaipenean gola sartu zuen, Palermo desagertzetik salbatzeko 2015-16 Serie A finalean.
Denboraldi horretan, Giuseppe Signori eta Alessandro Del Piero ere berdindu zituen Serie Ako historiako bederatzigarren golari onena bezala, 188 golekin. Denboraldia Serie A-n 10 golekin amaitu zuen 33 partidetan.