Il Pavia viene inserito nel girone A della Lega Pro Prima Divisione 2011-2012. Ancora prima dell'inizio del campionato, l'allenatore Benny Carbone lascia l'incarico per tentare l'avventura in Serie B, sulla panchina del Varese; in sua sostituzione viene chiamato Manuele Domenicali.
Il Pavia inizia il torneo a passo lento, nelle prime sei giornate raccoglie 7 punti. Dopo la sconfitta nel turno infrasettimanale con la Spal (4-0), la squadra inanella una serie di prestazioni non positive, con due sconfitte interne contro Viareggio e Lumezzane. Domenicali viene esonerato alla 9ª giornata e il suo posto viene preso da Rosario Pergolizzi. Dopo il pareggio sul campo della capolista Ternana, riprende una serie di risultati negativi con cinque sconfitte consecutive che costringono Pergolizzi alle dimissioni e relegano il Pavia agli ultimi posti in classifica. Il ruolo di allenatore viene assunto da Claudio Sangiorgio, già nel ruolo tecnico societario come allenatore in seconda.
Alla fine del girone d'andata il Pavia è ultimo con 9 punti, il bottino più esiguo di tutto il calcio professionistico italiano. Dopo un pareggio e quattro sconfitte anche Sangiorgio viene esonerato; al suo posto viene chiamato Giorgio Roselli. Dopo i pareggi con Monza e Foligno, contro la Spal il Pavia torna alla vittoria (1-0) alla 7ª giornata di ritorno. Seguono le vittorie esterne a Viareggio, a Lumezzane, e a Vercelli e poi all'ultima giornata a Foggia, oltre alla vittoria casalinga con il Como. Alla fine della stagione regolare il Pavia evita l'ultimo posto, che rimane al Foligno retrocesso diretto, e accede al Play-out, dove affronta la SPAL. La gara di andata al Fortunati termina (0-0), così il Pavia deve vincere a Ferrara se vuole salvarsi, perché la SPAL era meglio piazzata al termine della stagione regolare. Il 27 maggio 2012 la squadra pavese vince (0-2) a Ferrara con gol di Cesca e Marchi, centrando una salvezza miracolosa, che era apparsa una chimera a fine gennaio, ma anche per tutta la stagione.
Nella Coppa Italia di Lega Pro la squadra pavese disputa il girone A di qualificazione, che ha promosso Cuneo e Valenzana.
^Partita rinviata per neve e recuperata il 18 febbraio 2012.
^Giornata interamente spostata al 25 aprile 2012 in segno di lutto per l'improvvisa scomparsa di Piermario Morosini del Livorno, nel corso dell'incontro di Serie B Pescara-Livorno.
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