A década de 1990 teve um início promissor, porém terminou de uma maneira que nem o torcedor mais pessimista esperava. No Paulistão de 1990, o time contou com o artilheiro do campeonato: Volnei, que anotou 12 gols e terminou empatado com Rubem do Guarani e Alberto do Ituano. Outra façanha foi eliminar o Palmeiras com um empate sem gols na última rodada da fase semifinal, o que levou dois times do interior a decidir o título: o Bragantino venceu o Novorizontino e levantou a taça. O time grená foi terceiro colocado de seu grupo na fase inicial, porém terminou em sétimo na fase semifinal. Em 1991, a Ferroviária não passou da primeira fase do Paulistão, assim como no ano seguinte.
Em 1993, a Ferroviária voltaria a se fazer notar: fez uma boa campanha na primeira fase e chegou ao quadrangular final, porém terminou na sexta colocação geral. Naquele ano, enfrentou o Palmeiras no jogo que marcou o maior público da antiga Fonte Luminosa, com 19.421 torcedores. O alviverde levou a melhor por 1 a 0 em um jogo emocionante, com um gol marcado por Edmundo.
Em 1994, o destaque ficou para a campanha no Brasileiro da Série C, onde se tornou vice-campeã ao perder a decisão para o Novorizontino. Naquele ano, no entando, a Locomotiva sofreria um de seus maiores vexames ao perder para a Ponte Preta por 8 a 1 em Campinas pelo Paulistão. Doze dia depois, venceu o Santos por 2 a 1, porém não conseguiu evitar a 12ª colocação final. No ano seguinte, nova participação sem destaque no Paulista: 14º lugar. Na Série B, terminou em 21º entre os 24 colocados.
Mas o ano de 1996 marcaria o início de uma queda dolorosa para o clube araraquarense, que teve a pior de todas as suas participações no Paulistão e acabou rebaixado. No ano seguinte, 1997, amargou mais um rebaixamento, dessa vez para a Série A3, além de desistir de disputar a Série B nacional. Vivendo a pior crise financeira de sua história, o time não conseguiu conquistar o acesso nas edições de 1998 e 1999 da Série A3 e viu o drama ficar ainda pior quando acabou rebaixado em 2000 para a quarta divisão estadual, a Série B1.
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