V nasledujúcej sezóne Riva debutoval v Serie A za Cagliari 13. septembra 1964 v prehre 2:1 proti Ríme a tiež pomohol klubu vyhnúť sa degradácii, čím viedol tím na pohodlné šieste miesto v tabuľke, keď v 20 rokoch zaznamenal povzbudivých 9 gólov v 32 zápasoch. V sezóne 1966/1967 Riva skončil ako top-scorer ligy po prvý raz s 18 gólmi, pretože klub začal budovať potenciálnu titulovú víťazskú stranu okolo svojho hviezdneho útočníka: Riva pritiahol niekoľko významných futbalistov do Cagliari a tím počas tohto obdobia predstavoval kľúčových hráčov ako Enrico Albertosi, Roberto Boninsegna, Ricciotti Greatti, Comunardo Niccolai, Mario Martiradonna, Mario Brugnera, Pierluigi Cera a Nené. Riva následne pomohol Cagliari skončiť na druhom mieste ako v Coppa Italia, za Rómou, tak v lige, štyri body za Fiorentinou, počas
V sezóne 1968/69 vyhral titul "capocannoniere" po druhýkrát s 20 gólmi v 29 zápasoch; Cagliari viedol v lige až do 21. zápasu, keď prehral doma proti Juventusu a tím sa vzdal svojho vedenia.