Comienza una temporada 2000/2001 en la que Real Zaragoza volvía a disputar competiciones europeas. Con Juan Manuel Lillo, como entrenador, el equipo es eliminado de la Copa de la UEFA en la primera eliminatoria que disputó y tras los malos resultados en la liga, es cesado. Luis Costa le sustituiría en una tercera etapa como técnico y de nuevo logró llevar al equipo a los puestos tranquilos de la clasificación y el Club conquistó una nueva Copa del Rey, la quinta de su palmarés, que le daba derecho a jugar la Copa de la UEFA nuevamente la siguiente temporada. De nuevo, Luis Costa, abandonaría el banquillo zaragozista a final de la temporada, volviendo a sus labores en la secretaría técnica del club.
En la siguiente temporada, 2001/2002, a pesar de disputar competición europea y hacer un desembolso considerable en fichajes, el equipo termina la Liga en la última posición y desciende a la División de Plata tras haber permanecido ininterrumpidamente 24 temporadas en Primera División.
A pesar del descenso y las numerables bajas de jugadores, el Real Zaragoza consigue, después de una difícil temporada en segunda división, el retorno a la Primera División del fútbol español, de la mano del técnico Paco Flores.
Tras su regreso a Primera división, en la temporada 2003/2004, el Club comienza una etapa de renovación y modernización. Se remodela el organigrama deportivo del club y con Miguel Pardeza, como director deportivo, se realizan fichajes acertados manteniendo un equilibrio financiero. No obstante, la temporada comenzó con dificultades y se decidió, debido a la mala clasificación en la Liga, prescindir de Paco Flores, quién logró ascender al equipo el año anterior, y sustituirlo por el entrenador aragonés Víctor Muñoz. En esta misma temporada, el Real Zaragoza logra proclamarse campeón de la Copa del Rey por sexta vez en su historia tras derrotar al Real Madrid por 2-3 en el Estadio Olímpico de Montjuic. Meses más tarde, conseguía su primer título de la Supercopa de España al vencer al Valencia.
Dos años más tarde, el Real Zaragoza disputa su undécima final de la Copa de S.M. El Rey, convirtiéndose en uno de los más combativos en esta competición en estos últimos años. En esta ocasión pierde la final, pero en semifinales, consiguió uno de los triunfos más espectaculares de su historia al golear por 6-1 al Real Madrid en la ida de las semifinales de Copa.
El 25 de mayo de 2006 Alfonso Soláns Soláns firma la venta del paquete mayoritario de acciones del Real Zaragoza. Agapito Iglesias se convierte en el máximo accionista del club y emprende una renovación completa de la entidad. Eduardo Bandrés presenta la dimisión como consejero de Economía y Hacienda del Gobierno de Aragón para asumir la presidencia del Real Zaragoza. Por lo tanto, en el organigrama del club, Eduardo Bandrés se convierte en el nuevo presidente ejecutivo de la entidad y Agapito Iglesias, nuevo máximo accionista del Club, en consejero delegado. El nuevo proyecto cuenta con el retorno de Víctor Fernández al banquillo del Real Zaragoza. El Real Zaragoza termina sexto la Liga 2006-2007 y se clasifica para la Copa de la UEFA.
El club cumple en 2007 los 75 años de historia, y organizó diversos actos para celebrarlo. En lo expresamente deportivo, además de la extraordinaria campaña que realizó el equipo, el 18 de marzo de 2007 se celebró un emotiva fiesta en La Romareda, en la que los aficionados mostraron su unión cantando puestos en pie el himno del equipo en el partido de liga celebrado entre el Real Zaragoza y At.Madrid. En los actos del 75 aniversario destacó la exposición conmemorativa que se exhibió en el Palacio de Sástago de Zaragoza de octubre a diciembre.
Comienza una temporada 2007-2008 ilusionante para el Real Zaragoza, que tras volver a competiciones europeas y realizar la mayor inversión en fichajes de su historia, tenía como objetivo repetir al menos su clasificación en la Liga.
La competición arranca muy discreta y el equipo es eliminado en su primera eliminatoria de la Copa de la UEFA. La situación del equipo se agrava en la Liga y tras una primera vuelta de campeonato de malos resultados y juego, la junta directiva decide destituir al entrenador Víctor Fernández quién sería sustituido consecutivamente por Ander Garitano, Javier Irureta y Manolo Villanova. Finalmente, y tras luchar en las últimas jornadas por evitar el descenso, el equipo desciende 6 años después a la segunda división, en la que coincide con otro club aragonés, la SD Huesca.
El 13 de junio de 2009, el Real Zaragoza consiguió el ascenso a la primera división del fútbol español tras imponerse al Cordoba por 3-1.
