En 2002, el Club Bella Vista con el jugador en sus filas, termina segundo en la zona sur del Torneo Argentino B. Su club obtiene el derecho de participar de un repechaje para ascender contra Cipolletti y los rionegrinos se mantienen en su categoría ganando en los penales.

Rápidamente, Huracán de Tres Arroyos lo compra y juega 53 partidos y conquista 15 goles. A principios de 2004 viaja a Europa para incorporarse a una filial del Real Betis en el ascenso español, estando quince días de prueba y cumpliendo con las expectativas del club. Le solicitaron que volviera en junio de ese año, pero surgió la propuesta de Banfield y no regresó nunca más.

En el verano de 2005 cumple su sueño de incorporarse al Boca Juniors, convirtiéndose rápidamente en figura del club. Pese a no tener un primer semestre positivo, en la segunda mitad del año su habilidad y goles fueron fundamentales para que el equipo consiguiera el Torneo Apertura y la Copa Sudamericana de 2005. Además de formar el plantel que obtuvo la Recopa Sudamericana 2005.

El año siguiente, brilló con goles para la consagración de su equipo en la obtención del campeonato de Torneo Clausura 2006, convirtiendo un gol importante en el último partido frente a Independiente. En septiembre convirtió tres goles para la obtención de la Recopa Sudamericana 2006 ante el São Paulo brasileño, dos de local y uno importante de visita ante un resultado que dejaba fuera al conjunto argentino.

Al siguiente año ganó la Copa Libertadores 2007, torneo en el que junto a Riquelme y Palermo fue desbordante en todos los partidos de la competición donde marcó importantes goles, como el primero en el partido de ida de la final en La Bombonera frente al Grêmio brasileño, encuentro en el cual Boca obtuvo una gran ventaja de 3-0.

Durante la segunda mitad de 2007 ni él ni el equipo tuvieron una actuación sobresaliente, pero al menos pudo ser la figura del subcampeonato del mundo obtenido en la final del Mundial de Clubes Japón 2007, al convertir el empate transitorio 1-1 ante el Milan italiano.

También estuvo entre los tres mejores de la competición por ganarse el balón de bronce, compartiendo podio con el brasileño Kaká (jugador FIFA de ese año) y el holandés Clarence Seedorf.

En 2008 obtuvo la Recopa Sudamericana, contribuyendo con dos goles repartidos en el partido de ida y otro en el de vuelta. A pesar de una pubialgia que lo marginó de las canchas gran parte del segundo semestre de este año, logró concretar unos minutos en los últimos partidos, volviendo a mostrar algunos destellos de su nivel. Se proclamó campeón del Torneo Apertura 2008 colaborando con un gol importante ante San Lorenzo en el triangular de dicho torneo con el gol del 2-1 (3-1 final) luego de una serie de pases.

Rodrigo Palacio jugó 8 partidos con la Argentina, ganó 4, empató 4 y nunca perdió. Su debut fue el 9 de marzo de 2005 contra México, partido que terminó con el marcador 1-1.

El 26 de marzo del mismo año jugó contra Bolivia con una victoria 1-2 por las eliminatorias para el Mundial de Alemania 2006, evento del cual terminaría formando parte del plantel. Ingresó al minuto 64 en el primer partido de la fase de grupos con su selección (la cual estaba en el Grupo C), ante Costa de Marfil. El resultado fue una victoria de su equipo 2-1 consiguiendo así los primeros tres puntos.

Volvió a ser citado el 18 de abril de 2007 en el 0-0 como local frente a Chile. El partido fue de carácter amistoso como preparación para la Copa América Venezuela 2007, acontecimiento para el que fue citado. Fue titular en el tercer partido por la fase de grupos ante Paraguay con victoria 1-0, e ingresó a los 78 minutos en el partido ante México en instancias de semifinal, con victoria de su equipo por 0-3 asegurando el pase a la final.

El 15 de junio de 2008, disputó su primer partido por las eliminatorias para el Mundial de Sudáfrica 2010. Jugando de local ante la selección de Ecuador, el delantero entró en el minuto noventa con el marcador 0-1 en contra, y segundos antes de la finalización del mismo anotó el gol del empate tras la asistencia de su compañero Sergio Agüero.

Éste fue el primer gol que convirtió para el seleccionado de su país. Tres días más tarde, entró pasados los noventa minutos en el empate en cero ante Brasil, partido disputado en aquel país, sin embargo no alcanzó a tener la pelota en sus pies debido a que a los pocos segundos el árbitro marcó el final.

Después, su destino sería Italia. Poco antes de terminar contrato con Boca Juniors, el jugador llegó a un acuerdo con el Genoa italiano, en dónde ha encontrado un buen nicho y poco a poco va sacando a relucir su nivel.