Skriv en fortsættelse til dette afsnit - Den 27. august 2015 underskrev Gilardino med Palermo. Han debuterede for Palermo i en 2-2-trækning mod Carpi den 13. september. Den 4. oktober scorede Gilardino mod Roma, hvilket endte med 2 til 4 for giallorossi. Gilardino scorede sæsonens andet mål i kampen mod Inter Milan, hvilket gjorde hans ottende mål mod Nerazzurri. Den 30. januar 2016 scorede han sit 184. Serie A-mål i en 1 <unk> 1 udrejse mod Carpi, hvilket svarede til Gabriel Batistuta som den ellevte højeste score i Serie A-historien. Han bandt også rekorden for de fleste forskellige klubber, der scorede mod i Serie A (38), som han nu holder sammen med Francesco Totti og Roberto Baggio. Den 15. maj 2016 scorede han i en 3-2 hjemme sejr over Verona for at hjælpe med at redde Palermo fra nedrykning ved afslutningen af 2015-16 Serie A.
Det mål gjorde ham også i stand til at udligne Giuseppe Signori og Alessandro Del Piero som den fælles niende højeste målmand i Serie A-historien, med 188 mål. Han sluttede sæsonen med 10 Serie A-mål i 33 kampe.