Tuy nhiên, trong mùa giải đầu tiên trở lại Serie A, câu lạc bộ đã phải vật lộn để tránh xuống hạng, chỉ đảm bảo sự sống còn vào ngày cuối cùng của mùa giải với kỷ lục đối đầu với Bologna và Parma. Năm 2005, Della Valle quyết định bổ nhiệm Pantaleo Corvino làm giám đốc thể thao mới, tiếp theo là bổ nhiệm Cesare Prandelli làm huấn luyện viên trưởng trong mùa giải tiếp theo. Câu lạc bộ đã thực hiện một số bản hợp đồng trong thị trường chuyển nhượng mùa hè, đáng chú ý nhất là Luca Toni và Sébastien Frey. Động thái quyết liệt này đã giúp họ kết thúc ở vị trí thứ tư với 74 điểm và vé vòng loại Champions League. Toni ghi 31 bàn trong 38 lần ra sân, cầu thủ đầu tiên vượt qua mốc 30 bàn kể từ Antonio Valentin Angelillo trong mùa giải 1958/59
, mà ông đã được trao giải thưởng Golden Boot châu Âu. Tuy nhiên, vào ngày 14 tháng 7 năm 2006, Fiorentina đã bị xuống hạng Serie B do liên quan đến vụ bê bối dàn xếp trận đấu Serie A năm 2006 và bị phạt 12 điểm. Đội đã được đưa trở lại Serie A sau khi kháng cáo, nhưng bị phạt 19 điểm cho mùa giải 2006-07. Vị trí Champions League 2006/07 của đội cũng bị thu hồi. Sau khi bắt đầu mùa giải, hình phạt của Fiorentina đã được giảm từ 19 điểm xuống còn 15 điểm khi kháng cáo lên tòa án Ý. Bất chấp hình phạt này, họ đã quản lý để đảm bảo một vị trí trong UEFA Cup.