Villarreal B

Inicios en Tercera división

En su primera temporada en Tercera división (temporada 2003-04) finalizó tercero y se clasificó por primera vez para los play-off para ascender a Segunda División B de España. En la primera eliminatoria se enfrentó contra el Santañí y le ganó 2-1 en el cómputo total de la eliminatoria; en la segunda se enfrentaba contra el Badalona, el favorito en esta eliminatoria, y efectivamente el Villarreal perdió 4-3 en el cómputo total.

La segunda temporada (2004-05) sus resultados fueron inferiores, ya que el Villarreal B no consiguió quedar entre los cuatro primeros para jugar los Play-off (quedó quinto clasificado).

En la temporada 2005-06 el Villarreal B, consiguió su mejor clasificación en Tercera División al quedar primero del Grupo VI de 3.ª División con 100 puntos. Se clasificaron por tanto para los play-off de ascenso a Segunda División B por segunda vez en la historia; en la primera eliminatoria le tocó jugar contra el Cartagena Promesas, y el Villarreal B le ganó con un cómputo total de 6-2, mientras que en la segunda eliminatoria le tocó nuevamente un rival bastante difícil: el RCD Español B. Una vez más, el Villarreal B perdió 4-2 y volvió a quedarse a las puertas del ascenso a Segunda División B.

Ascenso a Segunda B

La cuarta temporada en Tercera División (temporada 2006-07) fue casi perfecta para el Villarreal B: quedaron subcampeones de grupo y lograron por fin el ascenso a Segunda División B. Tras clasificarse para el play off de ascenso por tercera vez, en la primera ronda les tocó enfrentarse a la U.D. Poblense, un equipo teóricamente inferior, y como se esperaba el "Villarreal B" ganó por 7-0 en el cómputo total de la eliminatoria; en la segunda eliminatoria, en cambio, se midió con un equipo con mucha experiencia en Segunda División B el Club Deportivo Mirandés. La ida se jugó en la Ciudad Deportiva del Villarreal y el Villarreal "B" ganó por 3-1; en la vuelta el Villarreal "B" logró defender el resultado al perder por 2-1 en el Estadio de Anduva, y por lo tanto logró ascender a Segunda División B.

Segunda B

Tras ese ascenso el Villarreal B jugó en la temporada 2007-2008 en el Grupo 3 de Segunda División B del fútbol español. En el primer año en segunda división B, el Villarreal B consiguió quedar 11.ª posición, en una temporada irregular ya que el equipo estuvo muchas veces en descenso, casi en descenso, en zona de nadie, en zona de ascenso y al final logró el objetivo de permanecer un año más en la liga de bronce del fútbol español.

2008-09

La temporada 2008-09 terminó en segunda posición en el Grupo III, solo por detrás del Club Deportivo Alcoyano. En la primera eliminatoria para el ascenso a la Segunda División de España jugó frente al Zamora Club de Fútbol. En el partido de ida disputado en Estadio Ruta de la Plata venció por 0-2, goles de Matilla y Javi Selvas.​ En el partido de vuelta disputado en la Ciudad Deportiva del Villarreal Club de Fútbol el filial amarillo ganó por 2-0, goles de Chando y Joan Tomás.​

El sorteo celebrado en la Ciudad del Fútbol de Las Rozas el 25 de mayo dio como rival del Villarreal B en segunda ronda al Lorca Deportiva.​ En el primero de los dos partidos, disputado en la Ciudad Deportiva del Villarreal C. F., el conjunto amarillo se impuso 1-0, gol logrado por Gerard Bordas.​ En el partido de vuelta disputado en Lorca, el Villarreal C. F. B se impuso a domicilio por 2-3, con dos goles de Cristóbal y uno de Joan Tomás de penalti, lo que le clasificó para la ronda final de las eliminatorias para el ascenso.​ En el desplazamiento a la ciudad murciana, acompañaron al equipo unos 400 aficionados, que viajaron en siete autobuses.​

En el sorteo celebrado el 8 de junio de 2009, el Villarreal C. F. fue emparejado con el Real Jaén. El primer partido se disputó en el estadio de El Madrigal de Villarreal, y la vuelta en el Nuevo Estadio de la Victoria de Jaén.​ La afición del Villarreal organizó actividades previas al encuentro para ir a animar al equipo.​ El partido de ida finalizó con un empate sin goles.​ Para el partido de vuelta en Jaén, el club decidió pagar el desplazamiento en autobús de los aficionados,​ desplazándose más de 300 aficionados.​ El filiar amarillo acabó ganando el partido por 1-2, goles obra de Gerard Bordas y Chando, que dieron la vuelta al tanto inicial de Esparza, logrando el ascenso a la Segunda División A, donde sería el único equipo filial la temporada 2009-10.​​ Al día siguiente de lograr el ascenso, lunes, el club festejó el logro desplazándose los jugadores, cuerpo técnico y directiva en un autobús descapotable por las calles de la ciudad y visitando el ermitorio de la Virgen de Gracia, a la basílica de San Pascual, y terminando con una recepción en el ayuntamiento, desde cuyo balcón saludaron a la afición.​ El jueves 25 de junio, Carlos Fabra, presidente de la Diputación de Castellón, recibió a los representantes del equipo: Jordi Pablo, Edu Caballer, el cuerpo técnico y directivos, entre los que estaba Fernando Roig. Fabra les entregó una placa conmemorativa.​

Esa misma temporada, dos jugadores del equipo, Jordi Pablo y Mario, quienes ya habían debutado esa temporada con el primer equipo, recibieron el premio Draft de plata en su edición de 2009.​ Esa temporada también debutaron con el primer equipo Joan Tomás y Matilla; además Joan Oriol y Kiko fueron convocados en alguna ocasión, pero sin llegar a debutar. El Villarreal B fue el equipo con un promedio de edad más bajo de todos los que disputaron el ascenso a la Segunda División A, con 22,3 años.​ Además, Marcos Gullón fue convocado por la selección española sub-20 para disputar los Juegos Mediterráneos de 2009,​ y Mario y Jordi Pablo fueron convovados por la Selección de fútbol de España para la fase de preparación para el Campeonato Europeo de la UEFA Sub-19 de Ucrania.​

Vuelta a Segunda B

El 13 de mayo de 2012, tras confirmarse definitivamente el descenso del Villarreal CF, confirma también el descenso de su primer filial, el Villarreal CF B a la categoría de bronce del fútbol español, a Segunda División B. Esto es así, porque en una misma categoría no pueden estar un primer equipo y su filial. Todo esto a pesar de que el equipo filial en ese momento ocupaba el 12.º puesto, quedaban cuatro jornadas y tenía muy lejos el posible descenso.