Gilardino allekirjoitti sopimuksen Palermon kanssa 27.8.2015. Hän teki debyyttinsä Palermon kanssa 13. syyskuuta Carpiä vastaan pelatussa 2: 2 -ottelussa. 4. lokakuuta Gilardino teki maalin Romaa vastaan, lopettaen 2-4 Giallorossien puolesta. Gilardino teki kauden toisen maalin Inter Milania vastaan, mikä oli hänen kahdeksas maali Nerazzurria vastaan. 30. tammikuuta 2016 hän teki 184. Serie A -maalinsa Carpin kanssa, jolloin Gabriel Batistuta saavutti 11. korkeimman pisteen Serie A:n historiassa. Hän myös sopi ennätyksen useimpien eri seurojen vastaan Serie A: ssa (38), jonka hän nyt pitää Francesco Totin ja Roberto Baggion rinnalla. 15. toukokuuta 2016 hän teki maalin 3-2 kotimaisessa voitossa Veronaa vastaan pelastaakseen Palermon pudotuksesta Serie A -sarjan 2015/16 lopussa.
Vuoden aikana hän saavutti myös Giuseppe Signorin ja Alessandro Del Pieron sarjan historian yhdeksänneksi eniten maalitauluja tehnyt pelaaja, 188 maalia. Hän lopetti kauden 10 Serie A-maalla 33 ottelussa.