Dopo il ritorno in Serie A conquistato attraverso i playoff, il Cesena affrontò la stagione 2014-2015 con Pierpaolo Bisoli ancora alla guida tecnica e l’obiettivo di centrare la salvezza. Il campionato iniziò nel migliore dei modi con la vittoria per 1-0 sul Parma, ma ben presto emersero le difficoltà di una squadra costruita con risorse limitate per competere nella massima serie. Dopo quindici giornate e appena 8 punti conquistati, il Cesena esonerò Bisoli affidando la panchina a Domenico Di Carlo. Il nuovo tecnico riuscì a dare una scossa alla squadra, con le vittorie contro Parma e Lazio che riaccesero momentaneamente le speranze di salvezza, ma il successo contro l’Udinese alla venticinquesima giornata rimase l’ultimo della stagione. Il 10 maggio 2015, dopo la sconfitta per 3-2 contro il Sassuolo, arrivò la retrocessione matematica in Serie B con tre giornate d’anticipo. Il Cesena concluse il campionato al diciannovesimo posto con 24 punti, tornando tra i cadetti dopo una sola stagione in Serie A. Tra i protagonisti dell’annata spiccarono Franco Brienza, Alejandro Rodríguez, autore di alcune reti decisive, Gregoire Defrel, alla sua prima stagione da protagonista in Serie A, e Milan Đurić, che rappresentò uno dei punti di riferimento offensivi della squadra. In Coppa Italia il Cesena superò la Casertana, ma venne eliminato al turno successivo dall’Udinese.