윤석민은 2015시즌을 앞두고 볼티모어와 계약을 해지한 뒤 KIA와 4년 90억원이라는 초대형 계약을 맺었다. 그리고 그 해 2승6패30세이브 방어율 2.96을 기록하며 마무리 투수로 활약했다. 선발투수로 17승5패 방어율 2.45를 기록했던 2011년에도 순위 싸움이 치열한 후반기 불펜 투입을 자처 1세이브를 기록할 정도로 팀에 대한 애정이 높다.
그러나 스스로 우승의 주역이었던 2009년 이후 KIA의 8년 만에 한국시리즈 정상에 도전에는 함께하지 못하게 됐다.