Dua tahun kemudian berkompetisi di CEV Moto3 mengendarai Honda NSF250R, finish ketiga di belakang Alex Marquez (kini pembalap MotoGP tim Repsol Honda) dan Luca Amato (pembalap Jerman yang pernah berlaga di kelas Moto3).
Tahun 2013, pemilik tinggi badan 174 cm ini menguji kemampuannya di kejuaraan dunia balap motor kelas Moto3 sampai 2016.
Francesco Bagiana yang juga murid Valentino Rossi di VR46 Riders Academy ini, naik ke kelas Moto2 mulai 2017 dan meraih gelar juara dunia Moto2 pada 2018.
Membuat kariernya melesat dan mengangkat derajatnya ke kelas utama di MotoGP bersama tim Pramac sejak 2019 sampai sekarang dan tahun depan menjadi pembalap tim Ducati.
Pemakai nomor 63 di balap MotoGP ini, akan kembali menjadi partner Jack Miller yang kini rekan setimnya di tim satelit Ducati, Pramac Racing.