第32回全国地域サッカーリーグ決勝大会は決勝ラウンド2位(FC町田ゼルビアが優勝)の成績を収めた。12月9日、日本フットボールリーグ(JFL)の評議員会でJFLへの昇格が承認された。改修(2010年7月から3年間、第69回国民体育大会の開催に伴う)時期の代替スタジアムの目処が無いことなどより、2010年度のJリーグ入りを断念した。JFLリーグ戦は開幕から低迷し、6月4日付で東川を監督より解任。後任の大久保毅も6月30日に辞任したため、岩本文昭が監督代行を務めた後、7月22日に監督に就任したが、JFLリーグ戦は11位の成績に終わった。天皇杯は2回戦で横浜F・マリノスに敗退した。2010年ザスパ草津元監督の佐野達が監督に就任。Jリーグ入会予備審査で前年同様の指摘を受けて、2011年度のJリーグ加盟を断念した[6]。運営会社の代表取締役であった小嶺忠敏は2年連続でスタジアム問題等によりJ2参入を逃した責任を取って辞任した。リーグ戦は5位の成績。天皇杯は2回戦で横浜FMに敗退。2011年1月11日、運営会社の代表取締役社長に元長崎銀行支店長の宮田伴之が就任し、小嶺はチームアドバイザーに就任。リーグ戦は5位の成績。天皇杯は2回戦で東京Vに敗北。2012年リーグ戦は前半戦を首位で折り返して、天皇杯でのJFLシードを獲得。天皇杯は2回戦で千葉に敗退した。U-18チームを設立し、U-18監督にOBの原田武男、コーチに竹村栄哉と加藤寿一がそれぞれ就任。9月、2013年のJリーグクラブライセンスについて、条件付きながらJ2ライセンスが交付された(2013年シーズン開幕までにスタジアムが供用開始できること及びJ2入会審査に合格すること)[7]。11月11日、JFL初優勝が決定。11月12日のJリーグ臨時理事会で正式にJリーグへの入会が承認され、2013年シーズンからのJ2参加が決定した[8]。シーズン終了後、クラブ側の「監督も含め、もっと県民に親しまれ、愛されるチームをつくるための一つの方策」との方針を理由として佐野が監督を退任した[9]。前ロアッソ熊本監督で、2005年にテクニカルアドバイザーであった高木琢也が監督に就任[10]。J2昇格後初年度は12位以内、2年目にJ1昇格プレーオフ圏内となる6位以内、3年目に自動昇格圏となる2位以内を目指すと発表した[11]。9月、2014年度のJリーグクラブライセンスについて、J1ライセンスが交付された[12]。リーグ戦は、第4節ホーム富山戦でJ2初勝利。その後、第15節ホーム京都に敗れるまで4連勝1回を含む11試合負けなしで、第13節終了時に2位、その後もプレーオフ圏内の6位以内を維持。第40節終了時にはJ1昇格プレーオフ準決勝のホームゲーム開催権の与えられる4位であったが、第41節および42節と連敗して最終成績は6位(なお、J2創設後に新規加入したクラブとして初年度過去最高の順位)。プレーオフ準決勝は京都と引き分けたが、規定により決勝進出は成らなかった。天皇杯は2回戦で東京Vに敗退した。4月、運営会社の社長に大村市元副市長の内田正次郎が就任した。リーグ戦は、第1節、5節から13節で、昇格圏に入るが、怪我人の続出で、第9節から16節と第18節から25節に8試合連続未勝利となる。後半戦に入ると1度も1桁順位に復帰できず、第40節の東京Vに敗れたことで、プレーオフの可能性が消滅。天皇杯は、4回戦で千葉に敗退した。リーグ戦は、3節以降17節まで昇格圏内の順位をキープ、18節に一度昇格圏内から落ちたが、34節以降プレーオフ圏内に再浮上、最終順位は6位で、2年ぶり2度目の昇格プレーオフ進出を決めた。昇格プレーオフは、この年プレーオフを制してJ1に昇格する福岡に敗れ準決勝で敗退した。天皇杯は2回戦で大分に敗退した。取締役会長へ就任した。深井正樹(相模原)、花井聖(北九州)、黒木聖仁(甲府)、イ・ヨンジェ(京都)、刀根亮輔(期限付き移籍期間満了)ら15名が退団。補強は、上本大海(仙台)、昨年栃木SCへ期限付き移籍していたパク・ヒョンジン(広島)、田中輝希(名古屋)、永井龍(C大阪)、田中裕人(磐田から期限付き移籍)らを補強。昨年期限付き移籍だった梶川諒太が完全移籍に移行。新外国人として、富川FCからロドリゴが加入した。シーズン中には、武内大(契約解除)、植草裕樹(清水へ完全移籍)、ロドリゴ(北九州へ期限付き移籍)がチームを去ったが、元日本代表の坂井達弥と白星東(ともに鳥栖)、碓井鉄平(長野)を期限付き移籍で補強した。9条1(5)にある「クラブの秩序風紀を乱す行為」があったことを理由期限付き移籍契約終了となり退団した。天皇杯は2回戦で横浜FCに敗退した。期限付き移籍期間満了となるなど16名が退団。一方で補強は、FC東京から、前年山口へプレーしており、2013年に在籍していた幸野志有人、群馬から乾大知、甲府から福田健介、山形から田代真一を完全移籍で、広島から増田卓也をそれぞれ期限付き移籍で獲得。昨年期限付き移籍だった木村裕が完全移籍に移行。新外国人としてUCAMムルシアからファンマ、ハート・オブ・ミドロシアンFCに所属していたが、2016年夏からフリーになっていたミゲル・パジャルドが加入した。シーズン前に経営問題が発覚するものの(後述)、リーグ開幕戦は群馬戦に4-0と大勝。続く2試合で1分1敗となり、第3節終了時には11位まで順位を下げる。これが年間最低順位となり、直後の第4節から3連勝で一気に3位まで順位を戻し、その後前半戦中盤は混戦となったこともあって3位から9位の間を推移、しかし前半戦終了となる第21節には前節の9位から4位に浮上、10勝5分6敗の勝点35、自動昇格圏内の2位とは勝点差8で前半戦を終える。天皇杯では、初戦となる2回戦で山形に延長戦の末1-0で敗れた。大きな連敗がなく、後半戦は常にJ1昇格プレーオフ圏内となる6位以上を維持したものの、第27節湘南戦に敗れた際は、同節終了時2位の福岡に勝点差を11にまで広げられる。第30節京都戦の勝利から、5連勝と3連勝を含む12戦連続負けなしとなった一方、2位の福岡が第28節から6試合連続未勝利となったことなどもあり、第33終了時には、ついに福岡を抜いて、第2節以来となるJ1自動昇格圏内の2位に浮上。その後福岡とのデッドヒートに勝ち星を積み上げた名古屋が絡む三つどもえの展開となる。3位名古屋・4位福岡と勝ち点差2の2位で迎えた11月11日の第41節、昼の試合で名古屋が敗れて福岡が引き分けに終わり、その日のナイトゲーム・ホーム讃岐戦に勝てば2位確定(J1自動昇格)という状況を迎えた。クラブ史上最多の22,407人の観客を集めたこの試合、唯一JFL時代から在籍する前田悠佑の勝ち越しゴールなどで3-1で勝利。J2昇格から5年目にして初のJ1昇格を成し遂げた。