En Europa su mejor participación se remonta a la Copa de Europa de fútbol de 1982-83 en la que alcanzó las semifinales y fue eliminada por el futuro campeón, camisetas de fútbol el Hamburgo. La siguiente Liga se cerró con un 16.º puesto, y la segunda participación europea, lograda gracias al subcampeonato copero anterior, fue notable, cayendo por penaltis en cuartos de final de la Recopa ante el AS Mónaco. No obstante, la participación de los hinchas no fue la esperada y el Ruch Chorzów seguía siendo el equipo más popular, tanto en casa como fuera. Un partido polémico fue el Valencia-Real Valladolid que en el minuto 92 el Valencia marcó el gol de la victoria (el partido iba 1-1) tras un saque de banda que sacó el Valencia que le correspondía al Real Valladolid (además el saque lo señaló el árbitro para el equipo pucelano); la mayor goleada que recibió el Real Valladolid fue en el Mallorca – Valladolid (4-2), aunque este partido, la FIFA se le dio por perdido meses después al Mallorca por no ceder a Giovanni Dos Santos a la selección de México. El partido donde más goles marcó fue el Real Valladolid – Rayo Vallecano (6-1). Los capitanes del equipo durante esta temporada fueron: Javi Baraja, Álvaro Rubio, Jesús Rueda y Óscar.

En ellas, Rossi se erigiría nuevamente en la figura del partido al anotar los dos goles que darían a Italia el triunfo por 2-0 frente a la selección polaca (sorprendente semifinalista tras eliminar a la selección soviética y a la selección belga), y el pase a la ansiada final. Tenerife gracias al único gol en el partido de Jorge Sáenz. El equipo se quedó a un solo gol de ascender, y también a un solo gol de disputar la final de Copa, cayendo en semifinales contra el Valencia C. F., que a la postre se proclamó campeón del torneo. El portero adivinó las intenciones del español y la selección fallaba una clara ocasión de gol que hubiese podido cambiar el devenir del encuentro. Se retornó a Primera en un solo año, de la mano del paraguayo Heriberto Herrera, quien marchó para entrenar al RCD Español. Y al año siguiente, la temporada 1947-48, dirigido por Antonio Barrios, se proclamó campeón de la categoría y consiguió su primer ascenso a Primera División, la máxima categoría del fútbol español. Pelotas tiene un clima subtropical húmedo (Cfa, según la clasificación climática de Köppen), con inviernos relativamente fríos, heladas ocasionales y la ocurrencia de nieblas, veranos cálidos y precipitaciones regularmente distribuidas durante el año.

Durante los próximos años el rendimiento del equipo decayó considerablemente al punto que fue relegado a un menor de la liga temporada 2003/04, donde pasó dos temporadas. En la temporada 2008-09, el equipo llegó a rozar los puestos europeos, pero una nefasta racha final hizo que tuviera que jugarse la permanencia en el último partido de Liga en el Estadio Manuel Ruiz de Lopera ante el Betis, logrando un empate salvador que condenaba a los verdiblancos. Una mala racha en los últimos partidos hizo que perdiera todas sus opciones de luchar por el ascenso a Primera División vía play off, y terminó la campaña en mitad de tabla, puesto decimotercero. Tuzón se volcó en el proyecto del ascenso y en una política de austeridad. El proyecto del «Valladolid de los colombianos» terminó fracasando y el equipo descendió. En aquel Valladolid destacaban Peternac, César, Víctor y Benjamín, principales artífices del séptimo puesto liguero con el que el ya EuroPucela obtuvo plaza para la Copa de la UEFA. De propiedad municipal, el Nuevo Zorrilla se situó en una zona conocida como «La Barquilla», en aquel entonces a las afueras de la ciudad, siendo inaugurado el 20 de febrero de 1982 en un encuentro liguero contra el Athletic Club con victoria blanquivioleta.

El partido decisivo se disputó el 28 de mayo de 1950 en el Estadio de Chamartín de Madrid contra el Athletic de Bilbao. Esa temporada el equipo se desprendió en el mercado de invierno de Aritz Aduriz, que fue fichado por el Athletic Club debido a que buscaba un delantero en su lucha por eludir el descenso. En la temporada de las bodas de oro, Gonzalo Alonso asumió la presidencia y renovó la plantilla con jóvenes talentos de las canteras azulgrana y merengue, siendo la incorporación más sonada la de Poli Rincón. Tras la venta de Alfredo Amarillo al FC Barcelona, llegaron a Valladolid tres jóvenes talentos procedentes del filial azulgrana, de los cuales dos, Moré y Rusky, camisetas de futbol se consolidaron en el club. El equipo llegó a disputar las eliminatorias de ascenso, pero tras perder por tres goles a uno el partido de vuelta ante el Elche C. F., el Real Valladolid quedó eliminado. En la temporada 1933-34, el Real Valladolid consiguió el ascenso a Segunda División.

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