Terminata la stagione in bianconero, Nocerino venne ceduto al Palermo nell'operazione che portò Amauri a Torino. Nel capoluogo siciliano ebbe la possibilità di rilanciarsi alla grande, specialmente sotto la guida tecnica di Delio Rossi dove diventò una colonna portante di quella squadra che si gioco la finale di Coppa Italia nel 2011 persa contro l'Inter. Dopo questa esperienza, Nocerino lasciò la Sicilia per trasferirsi al Milan.
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