Udfyld følgende sætning: I 2016 startede Bagnaia sæsonen med en podiumfinish i Losail og en anden podiumfinish i Jerez, hvor de begge endte på 3. plads. På sit hjemmekurse i Italien sikrede Bagnaia sig endnu en 3. plads, hvor han slog Niccolò Antonelli med 0,006 sekunder. Bagnaia sikrede sig sin første Grand Prix-sejr på den historiske
Assen kredsløb i hans 59. Moto3 løb og det var den første sejr for Mahindra også. Han havde nu 4 podier i de første 8 løb i sæsonen og fandt sig selv kæmper for titlen. Efter to gennemsnitlige løb og et sammenstød i Brno, fik Bagnaia sin første pole position i det regnbeskadigede Silverstone og sluttede anden bag Brad Binder i et spændende løb. Bagnaia vandt sit andet løb i sæsonen i Sepang, og vandt løbet komfortabelt med et stort gap efter Brad Binder, Joan Mir og Lorenzo Dalla Porta alle styrtede ud i det samme hjørne i begyndelsen af løbet, som var fyldt med flere sammenstød. Han sluttede sæsonen med 145 point og placerede sig på 4. plads i Moto3 Championship med i alt 2 sejre og 6 podier. Bagnaia havde mulighed for at ende som nummer to i verdensmesterskabet bag Brad Binder, men blev desværre taget ud i både Phillip Island og Valencia af Gabriel Rodrigo. Rodrigo skubbede Fabio Di Giannantonio ud i Australien, som gik ned og hentede Bagnaia med ham. I Valencia kørte Rodrigo på høj side i første omgang, da han nærmede sig det sidste sving. Bagnaia faldt igen uundgåeligt.