W swoim okresie w Bolonii Di Vaio odzyskał reputację kluczowego, płodnego napastnika, szybko stając się ulubionym fanem, a także kapitanem drużyny i jednym z graczy referencyjnych podczas dwóch przejęć klubu w sezonie 2010/11, zapewniając sobie przedłużenie umowy do czerwca 2013 r.; Po ogłoszeniu, Di Vaio stwierdza również, że chce spędzić resztę swojej kariery piłkarskiej jako gracz Bolonii. Jednakże, w dniu 4 maja 2012 roku, Di Vaio potwierdził, że sezon 2011/12
że będzie to jego ostatni sezon w Bolonii, i że rozważa różne opcje na przyszłość.