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El nuevo equipo se decantará por un uniforme totalmente blanco, que reduciría los gastos económicos de la equipación (entre otros aspectos), y fijará la sede social del mismo en el Café Colón de la capital albaceteña, situado en la calle Concepción, y eligiendo como primer presidente a Antonio Lozano Matarredona (quien fuera cofundador de otros clubes en Albacete). Este año se incorporan a la plantilla grandes jugadores de equipos de Primera como David Aganzo, el ya mencionado David Cobeño, Jofre, Serrano, Mohamed Diamé, Tena y Jesús Perera, entre otros. Además de filiales importantes como Real Sociedad B, Bilbao Athletic o Sporting B y de nuevo 4 equipos navarros en Segunda B. Los exfutbolistas Diego Prendes y Sergio Galán son los encargados de dirigir la plantilla. Un gesto que desbordó las redes sociales y aplaudió toda la sociedad española. 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. Ese año tiene lugar, además, la fundación de la sección de fútbol femenino del club, que hasta la fecha ha sido la más laureada del Rayo Vallecano con tres ligas, camiseta de fútbol una Copa de la Reina y se ha convertido en un clásico de la primera categoría del fútbol femenino en España.
El equipo obtiene a final de temporada la Invitación FIFA Fair Play para disputar la Copa de la UEFA, por ser uno de los equipos con menos amonestaciones de Europa. En la temporada 2006-07 es Pepe Mel el encargado de coger las riendas del equipo y ficha a Piti, del Hércules. 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 C. F. después de un gran camino desde 2.ª B 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 C. F.; 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 U. D. su contratación.
Aunque el Rayo ganó en Vallecas, no pudo aguantar el resultado de la ida. Esa misma semana, en la jornada 32, el partido en Vallecas frente al C. A. Osasuna dejó la mayor goleada del Rayo en Primera (6-0). El Rayo se salvó del descenso en la última jornada contra el Granada, gracias a un gol de Raúl Tamudo en el tiempo de descuento. La nota más negativa llegó con la grave rotura del tendón de Míchel frente al Athletic Club que le dejó casi un año fuera de los terrenos de juego. Finalmente se contrató a Míchel que, en las últimas 16 jornadas, subió al conjunto a la duodécima plaza, salvándolo por un margen de cinco puntos. Y un total de 22 puntos en 18 partidos. 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. Tras un mal comienzo de la temporada, el equipo consigue una histórica segunda vuelta, ganando cinco partidos en Vallecas y salvándose un mes antes del final de la temporada con grandes actuaciones de Joaquín Larrivey y Alberto Bueno. Temporada 2004-05. Comienzan los 4 largos años en 2.ª B. El primer año, el Rayo ficha a Miguel Albiol, procedente del Recreativo de Huelva y Sube al primer equipo Álvaro Negredo, canterano de 19 años y Antonio Amaya, procedente del San Sebastián de los Reyes.
En la temporada 2005-06 Iriney abandona el club y ficha por el Celta de Vigo y Negredo por el Real Madrid Castilla, pero llega al primer equipo Coke Andújar, lateral canterano de 18 años. Pasaron los años y con ellos la progresión futbolística de Carlos, quien a los 17 años debutó en el primer equipo frente al Carabanchel, en Tercera División. El día 22 de mayo de 2011 logran matemáticamente el ascenso a Primera división ganando 3-0 al Xerez. 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. 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. El equipo finalizó la temporada siguiente en el undécimo puesto, y se mantuvo igualmente en Primera División en la 2023-24, año de su Centenario, que se celebró mediante un partido de leyendas del Club. La cuarta temporada seguida del Rayo en Primera División.
