Skriv en fortsættelse til dette afsnit - Bagnaia åbnede sæsonen med en sejr i Qatar, efter at have ledet løbet fra start til slut. Bagnaia vandt en anden sejr i Austin efter en hård kamp med Álex Márquez, der vandt løbet med en forskel på 2,4 sekunder og også satte den hurtigste omgang af løbet. I Jerez sluttede Bagnaia som tredje bag Lorenzo Baldassarri og Miguel Oliveira, der holdt sin startposition. Bagnaia fik sin første pole position i Moto2 i Le Mans
Som i Qatar, hvor han ledte fra start til slut. Sejr var også hans 3. podium på Le Mans siden 2015. Bagnaia vandt sin fjerde sejr i Assen, hvor han startede fra pole position og førte hele løbet. Efter at have kvalificeret sig som 3. på startgriden i Sachsenring, sluttede Bagnaia løbet på 12. pladsen, efter at have været tvunget uden for banen efter at Mattia Pasini faldt ned foran ham i det sidste hjørne på det andet omgang, på trods af at være nede på 26. position, gjorde han stadig fjorten pladser, herunder overhaling Álex Márquez på det sidste omgang i det sidste hjørne. I Brno sluttede Bagnaia som tredje og tabte mesterskabsledningen til Oliveira. Han genvandt mesterskabet i Østrig og vandt sit femte løb i sæsonen. Bagnaia vandt sit sjette løb i sæsonen i Misano fra pole position. Han fik sin femte podium i træk i Buriram, og vandt løbet sammen med sin holdkammerat Luca Marini på andenpladsen. Han vandt sin ottende sejr i sæsonen på Motegi efter at Fabio Quartararo, der oprindeligt vandt løbet, blev diskvalificeret på grund af lavt dæktryk. Efter at have afsluttet 3. i Sepang blev han kronet som Moto2 verdensmester med sin 12. podium i sæsonen, hans holdkammerat Luca Marini tog sin første nogensinde Moto2 World Championship sejr samt hans 5. podium i kampagnen.