El delantero internacional con la selección española, tuvo sus momentos bajos en el club en el que actualmente milita. Debido a que no encontraba su sitio en las filas del conjunto rojiblanco acabó recalando como cedido en el Rayo Vallecano.
Precisamente en el club de Vallecas durante la temporada que militó en el club de la franja, logró marcar diez goles en 16 partidos, lo que viene significando un promedio goleador de 0,625 goles por cada encuentro disputado. No disfrutó de demasiadas opciones, pero las que tuvo, supo aprovecharlas.
Y una de esas ocasiones fue cuando logró marcar un doblete ante el Levante el 19 de febrero de 2012. Por aquel entonces el conjunto dirigido por Paco Jémez, acabó octavo la temporada, a pocos puntos de entrar en los puestos europeos. Por delante tenía al Betis, quien le sacaba tres puntos de ventaja. Y el Levante, víctima ideal de aquella noche para Diego Costa, acabó en la undécima posición.
Pero aquella noche no fue la del equipo levantino. Fue un partido de locura en el Ciudad de Valencia, en el cual se lograron marcar ocho goles. Cinco de ellos los anotaron el conjunto visitante. Los protagonistas de marcar fueron cinco jugadores que se encuentran ya lejos de la disciplina rayista. El ya mencionado Diego Costa, que logró un doblete, Lass Bangoura -que sigue perteneciendo a la entidad vallecana, pero se encuentra cedido en el Almería- y Delibasic. Por parte de los locales, anotaron Barkero y Rubén Suárez sumó dos tantos en su cuenta particular. Pero no fueron suficientes para rebatir la efectividad vallecana.
Por lo que pocos días después de que se cumplieran seis años de aquel partido y que la marcha del equipo vallecano invita a la positividad, es un buen momento para recordar aquella época en la que Diego Costa brillaba defendiendo el escudo del Rayo, y el conjunto de la franja acababa su temporada en una histórica posición, octava.