lihat foto
Bagnaia juga kembali menjadi juara tiga pada musim 2012.
Karena sukses di CEV Spanyol, Federasi Italia menginginkannya membalap di Moto3 bersama Tim Italia musim 2013.
Dia menjadi rekan setim Roman Fenati.
Debutnya di Moto3 terbilang susah karena dia harus beradaptasi.
Bagnaia tidak mendapat satu poin pun pada musim debutnya.
Pada musim 2014 dia pindah ke SKY Racing Team VR46 dan mengendarai KTM.
Performanya menaik, tetapi dia mengalami kecelakaan di Belanda dan harus absen dalam sejumlah seri.
Dia berhasil mendapat finis keempat di Le Mans.
Musim 2014 diselesaikannya pada peringkat ke-16.
Bagnaia pindah ke Aspar Racing Team pada 2015, mengendarai Mahindra, dan menjadi rekan setim Juanfran Guevara dan Jorge Martin.
Dia mendapatkan modium pertamanya di Moto3 pada race Le Mans.
Pada race di Silverstone, dia hampir mendapat podium jika tidak jatuh pada dua lap terakhir.
Bagnaia menyelesaikan musim pada peringkat ke-14 dengan 76 poin.
Pada musim 2016 Bagnaia berhasil meraih podium pada race pembuka Losail.
Dia mendapat kemenangan perdananya di Assen.
Bagnaia mengulangi kemenangannya di Sepang.
Musim 2016 diselesaikannya pada peringkat keempat.
Bagnaia naik kelas ke Moto2 pada musim 2017 di SKY Racing Team VR46.
Dia meraih podium perdananya di Moto2 Spanyol.
Bagnaia kembali mendapat podium di Prancis.
