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En la temporada 2006-07 es Pepe Mel el encargado de coger las riendas del equipo y ficha a Piti, del Hercules. El 20 de junio, dos meses después de tomar las riendas del club, el presidente Martín Presa anuncia la entrada del Rayo Vallecano en Ley Concursal, admitiendo que “era un procedimiento lógico e inevitable, dada la situación del club”.
La directiva vuelve a cambiar el escudo del club (es más ancho y la V es de color rojo), decisión que la afición se toma como otro insulto a la historia de su club. 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. Pepe Mel fue destituido (siendo el entrenador que más tiempo ha estado al frente del Rayo) y le sustituyó el director deportivo, Felipe Miñambres, consiguiendo 11 puntos de los últimos 21 puntos posibles.
Ese mismo día Raúl Tamudo deja el Rayo para fichar por el Pachuca Club de Fútbol. La temporada 2012-13 la termina el Rayo en 8ª posición con 53 puntos, siendo la mejor temporada (tanto en puntos como en clasificación) de la Historia del equipo, camiseta barata que además practicó un hermoso fútbol de ataque. El Rayo recién ascendido de 2.ªB, el equipo vallecano acaba la Liga en 5.ª posición con 70 puntos, y con el trofeo Zamora en manos de su portero titular, David Cobeño, quien también fue protagonista marcando un gol desde su portería al Elche.
En su primera y segunda temporada fue dirigido por Paco de la Fuente y jugó en la Superliga durante dos años, descendiendo el segundo a la Liga Nacional Femenina y desapareciendo. 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. Aun habiendo problemas con los salarios atrasados de los jugadores y el cuerpo técnico, el equipo no dejó en ningún momento de estar entre los dos primeros puestos de la tabla, siendo líder hasta en cuatro ocasiones.
El empresario asume la deuda del club y se compromete a pagar a plazos los salarios atrasados a los jugadores y cuerpo técnico, quienes llevaban toda la temporada sin cobrar, y con la esperanza de conseguir el ascenso a la Primera División. 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.
El día 22 de mayo de 2011 logran matemáticamente el ascenso a Primera división ganando 3-0 al Xerez CD. El 25 de mayo de 2012 el club anuncia la no renovación del entrenador José Ramón Sandoval, pese haber cumplido con el objetivo de la permanencia. Sin embargo, España se dio un festín ante Italia y pasó a la final del torneo con total merecimiento. Míchel firma el proyecto como entrenador para conseguir el ascenso, pero ni siquiera logra clasificar al equipo para los play-off, y es destituido a final de temporada. Su primera equipación es verde, por lo que, incluso, se verá obligado a jugar con la elástica conocida como ‘ Jamonera ’ en la final en Córdoba por su condición de visitante.
Aun así, en la Copa del Rey realiza una digna actuación, eliminando a la Real Sociedad en la 2.ª eliminatoria y después al Córdoba. El 22 de junio se hace oficial el fichaje de un viejo conocido exfutbolista de la entidad, Paco Jémez, camisetas de futbol baratas con nombre y numero que venía de hacer una gran temporada con el Córdoba C.F.. El Atlético de Madrid ha hecho oficial el acuerdo con el Oporto para el fichaje de Jackson Martínez. La temporada 2013-14 está marcada por la salida de grandes pesos pesados del Rayo Vallecano, como Piti, quien abandona el Rayo con destino al Granada CF después de un gran camino desde 2ªB hasta la élite y que terminó cuajando su mejor temporada anotando 15 goles en Primera; Javi Fuego, unos de los mejores recuperadores de la Liga BBVA, se marcha libre al Valencia CF; Léo Baptistao, la revelación de la temporada en Vallecas, se marcha al Atlético de Madrid; Casado, uno de los mejores y más prometedores laterales de la Liga y que acababa contrato, sufrió una lesión de gravedad en la rodilla y actualmente se encuentra sin club tras desestimar el Levante UD su contratación.