Skriv en fortsættelse til dette afsnit - I 2011 startede Grillis karriere som relief pitcher for Pittsburgh Pirates. I det år havde han en 2,48 indtjent løbsgennemsnit (ERA) og 10,2 strikeouts pr. ni innings (K/9) i 32 innings pitched (IP), og forbedrede yderligere i 2012, da hans strikeout rate steg til 13,8. I 2013 gjorde Grilli sit første All-Star-hold
og blev Pittsburghs lukker i en alder af 36. Fra 2011 til 2014 samlede han en 3,09 ERA med 11,9 K/9, 3,3 BB/9 og en 34,2 procent ground-ball rate i IP.