As conversas entre Denílson e o time do Sul já vêm desde antes do pré-Nordestão, com o time gaúcho otimista na contratação do jogador coral desde o fim de janeiro. Mas como o contrato do jogador ainda não estava finalizado e o Tricolor ainda tinha compromissos na temporada, não houve anúncio oficial do reforço.
Contratado em janeiro de 2020, Denílson foi um nome pouco presente na temporada do Santa Cruz. Foram apenas 13 jogos (8 como titular e 5 como reserva acionado) e um gol na temporada, somando menos de 700 minutos em campo.
Ele nunca se firmou no time do Santa Cruz, mas recebeu oportunidades quando da sua chegada, mas, depois de seu quarto jogo, quando foi expulso logo aos cinco minutos no jogo contra o Central, o zagueiro de 25 anos começou a perder espaço.
No início da Série C, quando a defesa do Santa passou por uma crise de peças, ele ganhou mais algumas oportunidades, mas só voltou a ser acionado por mais oito minutos depois disso, cinco deles no último jogo da temporada, contra o Itabaiana.
Antes de Denílson, já haviam saído do Santa: Maycon Cleiton (Red Bull Bragantino), Júnior, Elivélton (Boavista), Leonan (Avaí), André (Atlético-GO), Jeremias (Bahia Sub-23), Kleiton (Athletico), Jáderson (Athletico), Mayco Félix (Retrô), Caio Mancha e Lourenço (Avaí).
