Írj folytatást erre a bekezdésre - 2016-ban Bagnaia a szezont a Losail-i és a Jerez-i dobogós helyekkel kezdte, mindkét alkalommal 3. lett. Otthon, Olaszországban, Bagnaia újabb harmadik helyet szerzett, 0,006 másodperccel megelőzve Niccolò Antonelli-t. Egy baleset után Barcelonában, Bagnaia biztosította első győzelmét a történelmi Assenben.
Az első győzelme a Mahindrának is. A szezon első 8 futamában 4 dobogós helyezésre tett szert, és a bajnoki címért harcolt. Két átlagos verseny és egy Brno-i baleset után Bagnaia első pole-pozícióját szerezte az eső sújtotta Silverstone-ban, és második lett Brad Binder mögött egy izgalmas versenyen. Bagnaia megnyerte a szezon második versenyét Sepangban, kényelmesen megnyerte a versenyt nagy különbséggel, miután Brad Binder, Joan Mir és Lorenzo Dalla Porta mind ugyanabban a kanyarban törtek ki a verseny elején, amely többszörös balesetekkel volt tele. A szezont 145 ponttal fejezte be, és a Moto3 bajnokságban 4. lett, összesen 2 győzelemmel és 6 dobogóval. Bagnaia második lett a világbajnokságon Brad Binder mögött, de sajnos mind a Phillip Island-en, mind Valenciában Gabriel Rodrigo kiütötte. Rodrigo kiverte Fabio Di Giannantoniót Ausztráliában, aki lement és magával hozta Bagnaia-t. Valenciában Rodrigo az első körben egy magasba esett, amikor az utolsó kanyarhoz közeledett, és Bagnaia ismét elkerülhetetlenül lezuhan.