W następnym sezonie, Riva zadebiutował w Serie A dla Cagliari 13 września 1964 roku, w przegranej 2 do 1 z Romą, a także pomógł klubowi uniknąć zejścia, prowadząc drużynę do wygodnego szóstego miejsca w tabeli, strzelając zachęcające 9 bramek w 32 występach w wieku 20 lat. W sezonie 1966-67 Riva zdobył 18 bramek, a klub zaczął budować potencjalną drużynę zdobywającą tytuł wokół swojego gwiazdorskiego napastnika. Riva przyciągnął do Cagliari kilku wybitnych piłkarzy, a zespół w tym okresie miał kluczowych graczy, takich jak Enrico Albertosi, Roberto Boninsegna, Ricciotti Greatti, Comunardo Niccolai, Mario Martiradonna, Mario Brugnera, Pierluigi Cera i Nené. W sezonie 1968-69 Riva pomógł Cagliari zdobyć drugie miejsce zarówno w Pucharze Włoch, za Romą, jak i w lidze, cztery punkty za Fiorentyną.
, wygrywając tytuł "capocannoniere" po raz drugi z 20 bramkami w 29 występach; Cagliari prowadziło w lidze do 21 meczu, kiedy to porażka w domu z Juventusem spowodowała, że zespół zrezygnował z prowadzenia.