Nel suo periodo al Bologna, Di Vaio ha riacquistato la reputazione di un attaccante prolifico chiave, diventando rapidamente un favorito dei tifosi, nonché capitano della squadra e uno dei giocatori di riferimento durante le due acquisizioni del club nella stagione 2010/11, assicurandosi un'estensione del contratto fino a giugno 2013; in seguito all'annuncio, Di Vaio afferma anche il suo desiderio di trascorrere il resto della sua carriera calcistica come giocatore del Bologna. Tuttavia, il 4 maggio 2012, Di Vaio ha confermato che la stagione 2011-12
Il Presidente del Consiglio ha dichiarato che il suo nuovo mandato sarà l'ultimo con il Bologna e che egli sta valutando varie opzioni per il suo futuro.