Eftir að hafa mistekist að skora í Katar þar sem hann dró sig úr keppninni vegna skemmdar framhliðar tók Bagnaia fyrstu tvö stig sín í MotoGP heimsmeistaramótinu með 14. sæti í Argentínu, eftir að hafa byrjað keppnina frá 17. á ræminu. Bagnaia endaði níunda í Austin að fá stöður eftir að bæði Marc Marquez og Cal Crutchlow hrundu út úr keppninni í aðskildum slysum. Bæði Maverick Vinales og Joan Mir fóru af stað og voru síðan refsaðir með því að fara í gegnum refsir. Fyrir fjórða keppnina í Jerez hafði Bagnaia þrjú stig á röð, frá og með 2016. Hann kom í 10. sæti en féll út á sjötta hringnum í baráttu við Pol Espargaro. Á Le Mans þar sem Bagnaia vann keppnina í Moto2
Árið 2018 féll hann út á sjötta hring eftir atvik við Maverick Vinales. Í næsta keppni í Mugello, á heimavöllum hans, var Bagnaia með góða byrjun á helgi. Hann komst efst á tímaskránni á öđru frjálsu æfingu á leiđ til ađ komast í áttunda sæti. En hann féll í síðasta beygju á 11. hring í sjöunda sæti. Þetta var í fyrsta sinn í ferli Bagnaia að hann hafði ekki náð að klára þrjú keppni í röð, öll með hrun. Í Austurríki átti Bagnaia besta keppnishelgina sína frá tíma sínum í Moto2, bæði hvað varðar hæfni hans og keppni. Honum tókst að komast í Q2 ásamt Cal Crutchlow þar sem hann varð í 5. sæti. Hann endaði hlaupið í 7. sæti. Á Phillip Island lauk Bagnaia keppninni í 4. sæti, og missti af pallborðinu með aðeins 0,055 sekúndur á eftir liðsfélaga sínum Jack Miller.