Para el siguiente año, Deportes Vallenar logró asegurar un cupo al ascenso, tras vencer por dos goles a cero a Deportivo Estación Central, ante más de 4.975 espectadores en el Estadio Municipal Nelson Rojas, subiendo al fútbol profesional por primera vez en la historia de aquella comuna.

El equipo verde finalizó penúltimo, pero con el descenso por secretaría de Lota Schwager, logró mantenerse en la categoría.

En la última fecha del campeonato, se enfrentaron ambos conjuntos en el Estadio Ester Roa Rebolledo, donde un triunfo era necesario, para mantenerse en Segunda División Profesional.

[15]​ Para la temporada 2022, Deportes Vallenar postuló a la Tercera División B, como equipo descendido desde la categoría mayor.

Sin embargo, la ANFA decidió no aceptarlos: "no cumple con los estándares deportivos y administrativos necesarios para ser parte de la categoría", así lo catalogó el ente rector, que dejó al conjunto verde sin participación, durante la temporada 2022 del fútbol chileno, finalizando años de descensos y problemas dentro de la institución, tras el fallido ascenso a la Primera B en 2017.

[17]​ En la torneo de Tercera B 2023, Deportes Vallenar luchó hasta las últimas fechas, para conseguir un cupo en la Liguilla Final; pero finalmente, el equipo vallenarino no pudo conseguir ese cupo al Octogonal Final, terminando tercero en el Grupo Norte, por detrás de Municipal Ovalle y Simón Bolívar (equipo que posteriormente, terminó descendiendo a su asociación originaria, por decisión propia, en plena participación de ese equipo en la Liguilla Final), manteniéndose un año más en la Tercera B.

Tiene una capacidad actual estimada en 5.000 espectadores, con una asistencia récord en el duelo entre Deportes Vallenar y Deportivo Estación Central, en donde el cuadro local venció a los capitalinos ante cerca de 4.975 personas en las tribunas, el cual significó el ascenso del conjunto verde por primera vez al fútbol profesional.