En la temporada 2009-2010 , la Unión Deportiva Logroñés queda encuadrada en el Grupo III de Segunda División B, junto con los clubes catalanes, valencianos y baleares. El entrenador del primer equipo, es Josip Visnjic, lográndose el noveno puesto.
En la siguiente temporada, la 2010-2011 , el preparador serbio siguió al frente del equipo que participó por primera vez en la historia en la Copa de SM El Rey de España. Tras superar varias eliminatorias, el sorteo deparó un enfrentamiento entre la Unión Deportiva Logroñés y el Valencia Club de Futbol. Un equipo muy querido en La Rioja por la relación que siempre mantuvo con el antiguo Club Deportivo Logroñés.
En esa misma temporada, también tuvo lugar la sustitución el entrenador Visnjic por el preparador riojano Nacho Martín, que tras una buena segunda vuelta de la liga estuvo a punto de meter al equipo en los puestos de play off de ascenso a Segunda División A. Se quedó en sexta posición y se ganó el derecho para competir un año más en la Copa de SM El Rey de España.
La temporada 2011-2012 comenzó con el mismo entrenador que finalizó la anterior, Nacho Martín. Después de un buen inicio de la competición el equipo cayó en una dinámica negativa lo que propició la segunda destitución en la historia del club, esta vez el elegido para sustituir a Nacho Martín fue Pepe Calvo, un entrenador con dilatada trayectoria en Segunda División B.
Tras la aclimatación al nuevo técnico se comenzaron a encadenar victorias, llegando a jugarse en la penúltima jornada ante la SD Amorebieta la opción de entrar en el play off de ascenso a la Segunda División A. Finalmente no se consiguió, pero terminó clasificado en una meritoria quinta posición, que asegura de nuevo una plaza para disputar por tercera temporada consecutiva la Copa de SM El Rey de España.
Así comenzó la temporada 2012-2013 : bajo el mando del mismo entrenador, Pepe Calvo. Con un balance de ocho victorias, 14 empates y ocho derrotas, llegó la sustitución del entrenador Pepe Calvo por el técnico riojano Raúl Llona cuando faltaban ocho jornadas para la finalización de la temporada y con el equipo en décima posición.
Finalmente la Unión Deportiva Logroñés finalizó la campaña en el puesto décimo cuarto. La temporada 2013-2014 el equipo siguió a las órdenes de Raúl Llona y militó en el Grupo I de Segunda División B. Cosechó los siguientes números y datos: posición 11, 46 puntos y 36 partidos jugados (12 victorias, 10 empates y 14 derrotas).
La campaña 2014-2015 arrancó con cambios en el organigrama técnico, destacando el fichaje de Carlos Pouso como entrenador y máximo responsable de la parcela deportiva en la entidad. Esta temporada fue la más exitosa para el club hasta ese momento, ya que se llegó a disputar el play off de ascenso a Segunda División, al sumar 66 puntos y ocupar la cuarta plaza de la tabla.
En la fase de Ascenso a Segunda la primera eliminatoria tuvo lugar ante el Huracán Valencia donde el resultado fue de 1-1 en Las Gaunas y de 2-1 en Torrent por lo que ahí terminó el sueño.
En el segundo año con Carlos Pouso al frente del equipo, 2015-2016 , la UD Logroñés volvió a clasificarse para el play off de ascenso a Segunda División como cuarto clasificado repitiendo puntuación, 66 puntos.
Destacó esta campaña por su actuación en la Copa del Rey. Tras quedar exento en la primera ronda, el conjunto logroñés eliminó a Linares Deportivo (2-1) y UCAM Murcia (2-2, penaltis), enfrentándose al Sevilla FC de Primera División (0-3 en Las Gaunas y 2-0 en el Sánchez Pizjuan).
En cuanto al play off, volvió a mejorar los resultados cosechados en la temporada anterior, eliminando al Villarreal B en los cuartos de final del ascenso a la categoría de plata gracias a dos empates (0-0 en Las Gaunas y 1-1 en Villarreal) con un gol de Iker Alegre. Su verdugo fue el Sevilla Atlético en las semifinales. Con un solitario tanto marcado en la ida en Las Gaunas (0-1) bastó para acabar con el equipo blanquirrojo, que no pasó del 0-0 en la ciudad deportiva de la escuadra hispalense.
La tercera campaña de Pouso, 2016-2017 , como entrenador el equipo no funcionó como las anteriores y tras la jornada 14 el técnico vizcaíno abandonó el puesto de entrenador, limitándose a la dirección deportiva. En ese momento el técnico de las divisiones inferiores Sergio Rodríguez asumió temporalmente el cargo, durante dos partidos, hasta la llegada de Rafa Berges. El preparador cordobés dirigió al conjunto riojano durante catorce jornadas para posteriormente ser cesado con el equipo muy cerca del descenso. En ese momento se volvió a echar mano del logroñés Sergio Rodríguez quien en los últimos ocho encuentros logró siete victorias y a punto estuvo de entrar en play off, finalizando sexto con 56 puntos.
En la 2017-2018 Sergio Rodríguez inicio el curso ya como entrenador del primer equipo y en esta ocasión ocurrió lo contrario que en la campaña anterior: el equipo comenzó muy bien, llegando a estar líder, pero se fue desinflando con el paso de las jornadas y terminó en el puesto séptimo, con 61 puntos y sin opciones de play off.
Llegó entonces la 2018-2019 , de nuevo con el riojano Sergio Rodríguez a los mandos y con la novedad de Carlos Lasheras al frente de la dirección deportiva. Con un arranque de liga para el olvido, récord negativo de puntos inclusive, se vivió el despegue del conjunto blanquirrojo, concluyendo la temporada regular como subcampeón del Grupo II, con 72 puntos, tan solo superado por un excelso Racing de Santander.
En este tercer play off, los blanquirrojos superaron en primera ronda al CD Badajoz (victoria en el Nuevo Vivero por 0-1 y empate en Las Gaunas 3-3), con la afición más enganchada que nunca. Así se presentó la segunda ronda, en la que tocó visitar al Hércules en el Rico Pérez de Alicante: y a pesar de comenzar ganando, el partido terminó con derrota 3-1. La vuelta en casa, donde se necesitaba una remontada, fue el momento más especial vivido entre seguidores y plantilla, con un corteo al autobús del equipo con miles de aficionados por la logroñesa calle República Argentina que ha quedado para el recuerdo. Sin embargo, la alegría no fue completa y no se materializó la épica: empate a cero y adiós a las aspiraciones de ascenso.
La historia del mal inicio liguero se volvió a repetir en la temporada 2019-2020 , de nuevo con Sergio Rodríguez al frente. Pero, al igual que el año anterior, se fueron escalando posiciones hasta alcanzar el liderato en la jornada 14. A partir de ahí se amplió la distancia con los equipos perseguidores y en la jornada 28, la última disputada frente al SD Amorebieta, se mantenía una ventaja de 13 puntos respecto al segundo clasificado. Entonces el Covid paró toda la competición y nunca más se continuó con la fase regular.
En este año tan especial la Copa del Rey también fue protagonista en Las Gaunas: además ganar al Marino de Luanco, se superó en los penaltis a un rival de la entidad del entonces líder de Segunda División, el Cádiz CF, y se compitió de tú a tú con el vigente campeón copero, el Valencia CF, en un partido que marcó el récord de asistencia en Las Gaunas: 11.152 espectadores.
Tras más de dos meses de parón, el equipo regresó a los entrenamientos el 25 de mayo, con el objetivo de preparar el play off de ascenso que se iba a disputar en tierras andaluzas semanas después. Finalmente, el 18 de julio se celebró en La Rosaleda de Málaga, a puerta cerrada, la ansiada final ante el CD Castellón, líder del grupo III.
El encuentro no arrancó bien para los intereses blanquirrojos y en el minuto 15 el defensa Lapeña adelantaba en un córner al Castellón. A pesar de ello el equipo logroñés no se arrugó y siguió intentándolo hasta que Andy hizo el empate, de penalti cometido sobre Siddiki, en el 84. Pero tan solo dos minutos más tarde los riojanos se quedaron con diez por expulsión del delantero marroquí. Así se llegó a la prórroga, sin goles, y después a los penaltis. En ese momento el portero Rubén Miño se erigió en héroe parando dos penas máximas y certificando el ascenso de la Unión Deportiva Logroñés al fútbol profesional, a LaLiga SmartBank.
En un año marcado por la pandemia del Covid, con una pretemporada más corta de lo habitual y sin público en los estadios, el 12 de septiembre de 2020 la UD Logroñés debutó en la Segunda División del fútbol español, en el Molinón, frente al Sporting de Gijón (1-0). Todo ello, con Sergio Rodríguez al frente del equipo en el banquillo.
Durante la temporada el equipo vivió momentos dulces, como la racha de seis victorias consecutivas en los meses de octubre y noviembre, con dinámicas más negativas que fueron lastrando el colchón de puntos obtenido en la primera vuelta. Finalmente, el 30 de mayo, en la última jornada -en la que había posibilidades matemáticas de permanencia-, la UD Logroñés cayó derrotada en Las Gaunas (0-1) ante la UD Las Palmas, certificándose el descenso de categoría, a la nueva 1ªRFEF, tras finalizar en el puesto 20 de LaLiga SmartBank, con 44 puntos.