Эпоха Петржелы
По окончании сезона-2002 президент клуба Виталий Мутко представил нового главного тренера. Им стал чешский специалист Властимил Петржела. Вместе с ним последовал приток чешских и словацких футболистов — Ширл, Чонтофальски, Мареш, Горак и Гартиг. Также команду пополнил воспитанник петербургского футбола и капитан самарских «Крыльев Советов» Владислав Радимов. «Зенит» потерял несколько ведущих игроков — Игонина, Лепёхина и Угарова. На старте сезона чешские футболисты стали играть в основном составе. Это окончилось провалом. «Зенит» спускался вниз по турнирной таблице и потерпел сокрушительное поражение от московского «Динамо» (1:7). Петржела пошёл на риск и стал ставить в основной состав молодых футболистов — Быстрова, Денисова и Власова. Новым капитаном стал Владислав Радимов. После этого «Зенит» стал играть значительно сильнее. Костяк команды составили петербургские игроки — Быстров, Денисов, Радимов, Малафеев, Кержаков, Аршавин и Власов. В середине сезона «Зенит» выиграл Кубок Премьер-Лиги, в финале одолев новороссийский «Черноморец» (3:0; 2:2). Голы в финале на счету Николаева, Коноплёва, Быстрова, Радимова и Гартига. Владислав Радимов стал лучшим бомбардиром турнира, забив 4 мяча. Спустя 2 месяца «Зенит» уступил чемпионский титул московскому ЦСКА и завоевал лишь серебряные медали чемпионата России. Владимир Быстров был признан лучшим молодым игроком России. В кубке России 2003/04 «Зенит» без проблем победил в 1/16 финала челнинский «КАМАЗ» (2:0 на выезде и 6:2 дома), но затем уступил самарским «Крыльям Советов» по правилу выездного гола (0:0 на выезде и 1:1 дома).
Александр Горшков
В сезоне-2004 команду покинули Саркис Овсепян, Алексей Катульский и Максим Астафьев. Зато вернулся в команду Александр Горшков, были приобретены Величе Шумуликоски, Мартин Шкртел; также ряды «Зенита» пополнили выпускники московской школы «Академика» — Строев, Максимов и Бураков. Болельщики рассчитывали на золотые медали. За несколько туров до финиша «Зенит» лидировал в турнирной таблице, но на финише выступил неудачно и занял лишь 4-е место. Лучшим бомбардиром чемпионата России стал Александр Кержаков, забивший 18 мячей.
Андрей Аршавин
В Кубке УЕФА 2004/05 «Зенит» дошёл до группового этапа, одолев австрийский «Пашинг» (1:3 на выезде и 2:0 дома) и белградскую «Црвену Звезду» (4:0 дома и 2:1 на выезде). Групповой этап «Зенит» начал с разгромной победы 5:1 над греческим АЕКом (хет-трик на счету Кержакова), но затем уступил на выезде французскому «Лиллю» 1:2 и сыграл вничью с испанской «Севильей» 1:1 и с немецкой «Алеманией» 2:2. Таким образом с пятью очками «Зенит» занял 4-е место в группе и выбыл из турнира.
Вячеслав Малафеев, Александр Кержаков, Владимир Быстров и Владислав Радимов в составе сборной России стали участниками чемпионата Европы в Португалии, а Павел Мареш в составе сборной Чехии стал бронзовым призёром турнира.
В межсезонье команду покинули Мартин Горак и Валентин Филатов, а по ходу сезона ушли Владимир Быстров и Валерий Цветков. Перед началом сезона были приобретены защитники Эрик Хаген и Ивица Крижанац и литовский нападающий Робертас Пошкус. В середине сезона-2005 был куплен защитник самарских «Крыльев Советов» и сборной России Александр Анюков.
В розыгрыше Кубке России 2004/05 «Зенит», обыграв омский «Иртыш» (7:1 дома (5 мячей на счету Александра Кержакова) и 2:0 на выезде), краснодарскую «Кубань» (0:0 дома и 1:0 на выезде) и ярославский «Шинник» (4:0 дома и 4:1 на выезде), дошёл до полуфинала, где уступил будущим обладателям Кубка УЕФА — московскому ЦСКА (1:0 дома и 0:2 на выезде).
В середине сезона Андрей Аршавин сделал хет-трик в ворота пермского «Амкара», но не радовался этому в знак протеста против продажи Владимира Быстрова в московский «Спартак».
По итогам сезона «Зенит» стал шестым.
В конце сезона-2005 контрольный пакет акций футбольного клуба «Зенит» приобрело ОАО «Газпром». Новым президентом был назначен Сергей Фурсенко, который поставил задачу за 10 лет выиграть 3 еврокубка. Тогдашний селекционер клуба Константин Сарсания попросил Петржелу составить список кандидатов на усиление, в котором оказались Райан Гиггз и Рууд ван Нистелрой. Купить «Зенит» их не смог. Тогда были приобретены Ярослав Несвадба и Хён Ён Мин.
Владислав Радимов
В розыгрыше Кубка УЕФА 2005/06 «Зенит» прошёл австрийскую «Аустрию Кернтен» (1:1 дома и 2:2 на выезде) и греческий АЕК (0:0 дома и 1:0 на выезде). Групповой этап «Зенит» начал с победы над португальской «Виторией» 2:1, затем уступил при плохих погодных условиях английскому «Болтону» 0:1, после этого «Зенит» благодаря дублю Александра Кержакова одолел испанскую «Севилью» 2:1 и завершил групповой этап ничьей с турецким «Бешикташем» 1:1. Впервые в своей истории «Зенит» вышел в весеннюю стадию еврокубка. На стадии 1/16 финала «Зенит» легко победил норвежский «Русенборг» (2:0 на выезде и 2:1 дома). Далее подопечным Властимила Петржелы противостоял французский «Олимпик» из Марселя, ворота которого защищал легендарный Фабьен Бартез. На «Велодроме» «Зенит» выиграл 1:0 благодаря точному удару Андрея Аршавина. Важен тот факт, что в середине 1-го тайма был удалён лучший игрок «Олимпика» Франк Рибери. В ответной встрече «Зенит» сыграл вничью 1:1 благодаря голу Александра Кержакова. В четвертьфинале «Зенит» снова встретился с «Севильей». В первом матче в Испании «Зенит» к концу 1-го тайма проигрывал 0:1, но Александр Кержаков сравнял счёт перед перерывом. Далее судья Хамер из Люксембурга удалил Эрика Хагена и назначил пенальти. В конце матча за неспортивное поведение был удалён Андрей Аршавин. Матч окончился со счётом 1:4. Ответная встреча завершилась со счётом 1:1 (гол у «Зенита» на счету Хён Ён Мина). Дальше прошла «Севилья», которая и выиграла Кубок УЕФА.
В розыгрыше Кубка России 2005/06 снова уступил в полуфинале ЦСКА (0:1 дома и 0:3 на выезде). До этого были пройдены краснодарская «Кубань», грозненский «Терек» и московское «Торпедо».
В 2005 году распространились слухи о том, что Петржелой завладела страсть к азартным играм.
В 7-м туре чемпионата России «Зенит» на своём поле крупно уступил московскому «Спартаку» 1:4. Затем он проиграл ЦСКА на выезде в Кубке России — 0:1. После этого было объявлено об отставке Властимила Петржелы.