A következő idényben, Riva debütált az A-sorozatban Cagliariért 1964. szeptember 13-án, 2-1 veszteség Romával szemben, és segített a klubnak elkerülni a leereszkedést, a csapatot kényelmes hatodik helyre juttatva a táblázatban, 20 évesen 32 mérkőzésen 9 gólt szerzett. Ezt követte a tizenegyedik, hatodik és kilencedik hely a bajnokságban 1965 és 1968 között, míg Riva az 1966-67 szezonban 18 góllal először végzett a bajnokság legjobb dobójaként, mivel a klub elkezdte megépíteni a potenciális címgyőztes csapatot a sztár támadójával: Riva számos figyelemre méltó labdarúgóval vonzott Cagliariba, és ebben az időszakban a csapat olyan kulcsfontosságú játékosokkal rendelkezett, mint Enrico Albertosi, Roberto Boninsegna, Ricciotti Greatti, Comunardo Niccolai, Mario Martiradonna, Mario Brugnera, Pierluigi Cera és Nené. Riva később segített a Cagliari-nak a Coppa Italia második helyén, a Roma mögött, és a ligában, négy ponttal a Fiorentina mögött, a
1968-69-es szezonban másodszor nyerte meg a "capocannoniere" címet, 29 meccsen 20 góllal; Cagliari a 21. meccs napjáig vezette a ligát, amikor a Juventus elleni hazai vereség miatt a csapat feladta vezetését.