Δεκαετία 2000: Σταθερή παρουσία στη Β΄ Εθνική

Ο Ολυμπιακός Βόλου μπήκε στη νέα χιλιετία με αισιοδοξία. Η ομάδα διατήρησε μια σταθερή παρουσία στη Β΄ Εθνική, με σημαντικότερη στιγμή την περίοδο 2004-05, όπου διεκδίκησε την άνοδο φτάνοντας μέχρι την 5η θέση. Η δεκαετία έκλεισε με τον σύλλογο να αποτελεί μια παραδοσιακή δύναμη της κατηγορίας.

Δεκαετία 2010: Η επιστροφή στη Σούπερ Λιγκ και το ευρωπαϊκό όνειρο

Η σεζόν 2009-10 υπήρξε ιστορική, με την κατάκτηση του πρωταθλήματος της Β΄ Εθνικής και την επιστροφή στη Σούπερ Λιγκ. Η πορεία του 2010-11 ήταν ονειρική: 5η θέση και ιστορική πρόκριση στο UEFA Europa League, όπου η ομάδα απέκλεισε τη Ραντ και τη Ντιφερντάνζ, γράφοντας τις πιο χρυσές σελίδες της ευρωπαϊκής του ιστορίας.

Δεκαετία 2020: Η επάνοδος και οι διαδοχικοί υποβιβασμοί

Την περίοδο 2019-20, ο Ολυμπιακός αγωνίστηκε στη Φούτμπολ Λιγκ, ενώ το 2021 ανέβηκε στη Super League 2 μέσω αναδιάρθρωσης. Η παρουσία του στη Super League 2 (2021-22) αποδείχθηκε απογοητευτική, οδηγώντας σε υποβιβασμό. Η πτώση συνεχίστηκε και το 2022-23, όπου ο Ολυμπιακός, για πρώτη φορά στη σύγχρονη ιστορία του, υποβιβάστηκε στο τοπικό πρωτάθλημα της Ε.Π.Σ. Θεσσαλίας.