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 wycofania, prowadząc drużynę do wygodnego szóstego miejsca w tabeli, zdobywając 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. Riva następnie pomógł Cagliari do drugiego miejsca zarówno w Coppa Italia, za Romą, jak i w lidze, cztery punkty za Fiorentyną, podczas turnieju z Piłkarzami.
W sezonie 1968-69 po raz drugi wygrał tytuł "capocannoniere" z 20 bramkami w 29 występach; Cagliari prowadziło w lidze aż do 21. dnia meczu, kiedy to porażka w domu z Juventusem spowodowała, że zespół porzucił swoją przewagę.