Para el debut en Primera se contrató a Helenio Herrera, concluyendo la campaña en 12.º lugar. El equipo continuó en trayectoria ascendente, logrando disputar la promoción de ascenso a Primera en la campaña 1942-43, pero en la temporada siguiente descendió a Tercera División. En su debut en ella la siguiente temporada, el conjunto vallisoletano realizó una gran campaña, terminando segundo dentro de su grupo y último en la fase final por el ascenso.
