Viết một phần tiếp theo cho đoạn này - Vào ngày 27 tháng 8 năm 2015, Gilardino đã ký hợp đồng với Palermo. Anh đã ra mắt cho Palermo trong trận hòa 2x2 trước Carpi vào ngày 13 tháng 9. Vào ngày 4 tháng 10, Gilardino ghi bàn trước Roma, kết thúc 2-4 cho giallorossi. Gilardino đã ghi bàn thắng thứ hai của mùa giải trong trận đấu với Inter Milan, ghi bàn thắng thứ tám của mình trước Nerazzurri. Vào ngày 30 tháng 1 năm 2016, anh đã ghi bàn thắng thứ 184 của Serie A trong trận hòa 1-1 với Carpi, đồng đẳng với Gabriel Batistuta là bàn thắng cao thứ mười một trong lịch sử Serie A. Anh cũng đã gắn kết kỷ lục cho các câu lạc bộ khác nhau nhất ghi bàn trong Serie A (38), mà bây giờ anh nắm giữ cùng với Francesco Totti và Roberto Baggio. Vào ngày 15 tháng 5 năm 2016, anh đã ghi bàn trong chiến thắng 3-2 trên sân nhà trước Verona để giúp cứu Palermo khỏi xuống hạng vào cuối mùa giải 2015-16 Serie A
Trong mùa giải này, bàn thắng này cũng cho phép anh ta ngang bằng Giuseppe Signori và Alessandro Del Piero với tư cách là cầu thủ ghi bàn cao thứ chín trong lịch sử Serie A, với 188 bàn thắng. Anh kết thúc mùa giải với 10 bàn thắng ở Serie A trong 33 trận đấu.