El 8 de diciembre de 1957 se inaugura el Estadio de Vallecas con un amistoso entre el Rayo Vallecano y el América de Belo Horizonte (Brasil), que ganó el partido por 0-1. En la temporada 1960-61 el equipo desciende a Tercera. Sin embargo, la inauguración oficial se realizó en un partido amistoso del Rayo frente a un combinado Real Madrid-Atlético de Madrid. Rayo Vallecano con Manuel Peñalva en el banquillo, logra su mejor registro en la Copa de S. M. El Rey, eliminando al Real Zaragoza en cuartos de final, tras perder en La Romareda por 2-1 y vencer en Vallecas por 5-2 a un equipo aragonés dirigido por Leo Beenhakker en el que militaba una delantera con Pichi Alonso, Amarilla y Valdano. La movilización, integración y apoyo a los jugadores por parte de la afición y del barrio de Vallecas es innegable en este periodo: pañoladas y tarjetas rojas durante los partidos, pancartas de protesta, se arrancan las letras de Teresa Rivero del estadio, se convoca una manifestación (12 de marzo de 2011) desde el Puente de Vallecas hasta el estadio con el lema «87 años de historia merecen más respeto», y se monta una cadena humana alrededor del estadio previo al partido frente al Granada.
El partido entre ambos correspondiente a la Liga 2011-12, jugado el 10 de diciembre de 2011, dejó el gol más rápido en la historia de sus enfrentamientos hasta la fecha. Ese año tiene lugar, además, la fundación de la sección de fútbol femenino del club, que hasta la fecha ha sido la más laureada del Rayo Vallecano con tres ligas, una Copa de la Reina y se ha convertido en un clásico de la primera categoría del fútbol femenino en España. Merced al historial cosechado durante sus casi cien años de existencia en el siglo xx los madridistas fueron galardonados por la Federación Internacional de Fútbol Asociación (FIFA) como el Mejor club del siglo -recibiendo un total de ochenta y tres votos de 196 posibles (un 42,35%)-, camisetas de futbol baratas mientras que el conjunto barcelonista recibió once votos (el 5,61%) situándose en cuarta posición. Fernández entrenó al conjunto merengue dos temporadas y fue campeón de Liga en la primera temporada. En 1991 bajo la dirección técnica del alemán Eclhard Kravtzun lograron obtener el cuarto puesto en los Juegos del Sudeste Asiático su mejor resultado obtenido en la competición donde Filipinas eliminó por 1-0 al campeón defensor Malasia. En la Liga se consigue el segundo puesto de la clasificación y se logra el cuarto ascenso a Primera.
A final de temporada, y a pesar de haber llevado a cabo un fichaje de relumbrón como Rádchenko, el Rayo ocupa el puesto décimo octavo, lo que le obliga a disputar de nuevo la promoción, y de nuevo contra el Mallorca, que esta vez le derrota por el valor doble de los goles (1-0 en la ida y 2-1 en la vuelta). El 12 de agosto de 2013 muere Marcelino Gil Blázquez, máximo mandatario del Rayo Vallecano que ascendió a Primera División por primera vez en la Historia (sin perder ningún partido en casa) y que fuera bautizado como Matagigantes gracias a una excepcional siguiente temporada en la máxima categoría del fútbol español, venciendo en Vallecas a Real Madrid, F. C. Barcelona, Atlético de Madrid, Valencia C. F., Athletic Club y Sevilla. Al año siguiente, con un magnífico debut en la Primera División (décimo de dieciocho equipos), con Héctor Núñez como entrenador, la prensa otorgó al equipo el apelativo de «matagigantes», debido a que fue capaz de vencer en su estadio a los grandes equipos de la liga, como el Real Madrid, F. C. Barcelona, Athletic Club, Valencia C. F., Atlético de Madrid y el Sevilla F. C., cediendo sólo una derrota ante el Elche.
Ante las complicaciones extradeportivas, la afición (con la Plataforma ADRV al frente) crea y organiza la «Fila 0», donde todo el que quisiera pudiese hacer un donativo, o comprar una camiseta con el lema «Equipo y afición, unidos por un sentimiento», para pagar a los trabajadores, jugadores y canteranos del club. Después avisó la granadina con un disparo desde fuera del área en una ocasión que se fabricó ella sola: control ante la defensa sueca tras un despeje de España, conducción hasta el borde del área y remate que se fue por encima del travesaño por muy poco. Desde 1910 hasta 1922, y debido a que la Federación tenía su sede en Valparaíso, donde la actividad futbolística en Chile se inició y desarrolló, el estadio que acogió los primeros partidos de la Roja como local fue el Valparaíso Sporting Club -allí se disputó el Campeonato Sudamericano (actual Copa América) en 1920, cuando Chile organizó el torneo por primera vez en su historia-. El Athletic Club ya competía por defecto en las primeras ediciones de la máxima competición nacional, el Campeonato de España (hoy conocido como Copa del Rey), siendo inviable que lo hiciera por partida doble (con su equipo madrileño y con su equipo bilbaíno, pues la entidad era sólo una).