Täitke järgmine lause: 2016. aastal alustas Bagnaia hooaega Losail'is ja veel ühes Jerez'is, lõpetades mõlemal korral 3. kohal. Oma kodurennil Itaalias kindlustas Bagnaia veel ühe kolmanda koha, ületades Niccolò Antonelli 0,006 sekundiga. Pärast õnnetust Barcelonas võitis Bagnaia oma esimese Grand Prix'i ajaloolisel
Assen'i ringjoonel tema 59. Moto3 võistlusel ja see oli ka Mahindra esimene võit. Tal oli nüüd hooaja kaheksas esimeses võistlusel neli poodiumipunkti ja ta leidis end võitlemas tiitli eest. Pärast kahte keskmist võistlust ja Brnos toimunud kokkupõrget sai Bagnaia oma esimese pole positsiooni vihmaga mõjutatud Silverstone'is ja lõpetas põnevas võistluses Brad Binderi järel teisena. Bagnaia võitis oma teise hooaja võistluse Sepangis, võites võistluse mugavalt suure vahega pärast seda, kui Brad Binder, Joan Mir ja Lorenzo Dalla Porta kukkusid võistluse alguses samasse nurka, mis oli täis mitmeid kokkupõrkeid. Ta lõpetas hooaja 145 punktiga Moto3 meistrivõistlusel neljandal kohal, võites kokku 2 võitu ja 6 võistluspodiumi. Bagnail oli võimalus lõpetada maailmameistrivõistlustes Brad Binderi järel teisena, kuid ta kukkus kahjuks nii Phillip Islandil kui ka Valencias Gabriel Rodrigo poolt. Rodrigo lükkas Austraalias välja Fabio Di Giannantonio, kes läks Bagnaia juurde. Valencias tegi Rodrigo esimese ringil, lähenevalt viimasele nurgale, kõrgete külgedega avarii, Bagnaia kukkus taas vältimatult alla.