Voltooi de volgende zin: Bagnaia opende het seizoen met een overwinning in Qatar, nadat hij de race van start tot finish had geleid. Bagnaia behaalde een tweede overwinning in Austin na een harde strijd met Álex Márquez die de race won met een verschil van 2,4 seconden en ook de snelste ronde van de race maakte. In Jerez eindigde Bagnaia als derde achter Lorenzo Baldassarri en Miguel Oliveira die zijn startpositie behield. Bagnaia nam zijn eerste pole position in Moto2 op
Le Mans, zoals de race in Qatar die hij van begin tot eind leidde. De overwinning was ook zijn 3e podium in Le Mans sinds 2015. Bagnaia behaalde een vierde overwinning in Assen, startte de race vanaf de pole position en leidde de hele race. Na de kwalificatie als derde op de grid in Sachsenring eindigde Bagnaia de race op de twaalfde plaats, nadat hij buiten de baan was gedwongen nadat Mattia Pasini in de laatste bocht in de tweede ronde voor hem was gevallen. Ondanks dat hij op de 26e positie lag, maakte hij nog steeds veertien plaatsen op, waaronder het inhalen van Álex Márquez op de laatste ronde in de laatste bocht. In Brno eindigde Bagnaia derde en verloor de kop van het kampioenschap aan Oliveira. Hij nam de koppositie in Oostenrijk weer in en won zijn vijfde race van het seizoen. Bagnaia won zijn zesde race van het seizoen in Misano vanaf pole position. Hij behaalde een vijfde podium in de rij in Buriram, en won de race met zijn teamgenoot Luca Marini op de tweede plaats. Hij behaalde zijn achtste overwinning van het seizoen in Motegi nadat Fabio Quartararo, die aanvankelijk de race won, werd gediskwalificeerd vanwege lage bandenspanning. Na de derde plaats in Sepang werd hij gekroond tot Moto2-wereldkampioen met zijn 12e podium van het seizoen, zijn teamgenoot Luca Marini won ook zijn eerste Moto2-wereldkampioenschap ooit, zijn 5e podium van het seizoen.