Per la successiva stagione 2002-2003 la squadra viene affidata alla guida tecnica di Giuseppe Sannino e vengono acquisiti giocatori importanti come Francesco Baiano e Davide Moscardelli, vero e proprio talento scoperto dalla società valdarnese che disputerà diverse stagioni in Serie A e Serie B con società blasonate.
Il campionato inizia con un prestigioso pareggio 1-1 contro la Florentia Viola sul campo neutro dello Stadio Città di Arezzo con rete dell'ex di turno Baiano e si conclude con la squadra piazzata al sesto posto.
Esonerato Sannino la panchina viene affidata a Maurizio Sarri, tecnico a quei tempi noto per aver allenato il Sansovino per tre stagioni, portando la società chianina tra i professionisti.
L'intuito della società si è rivelato vincente: sotto la guida di Sarri la Sangiovannese si qualifica al secondo posto alle spalle del e accede ai play off: questa volta si ritrova ad affrontare dapprima il Gubbio e successivamente il Gualdo; la Sangio, sostenuta da un numero di tifosi ragguardevole per le dimensioni del paese, batte entrambe le società umbre e accede così alla Serie C1.