כתוב המשך לפרק זה - במקור נוס, פלגרינו עשה את הופעת הבכורה שלו בגביע העולם בעונת 2009-10. הוא השיג את התוצאות הטובות ביותר שלו באירועי הספרינט וזכה בגביע הספרינט בעונת 2015-16, והפך לאדם הראשון שאינו סקנדינבי לזכות בגביע העולם בספרינט. נכון ל-30 בנובמבר 2018, פלגרינו זכה ב-12 ניצחונות פרטיים בגביע העולם, כולם ספרינטים: הוא מחזיק ברקוד עבור רוב הניצחונות הפרטיים לאיטלקי בגביע העולם של קרוס קאנטרי. הוא זכה במדליה הבינלאומית הראשונה שלו בסקי קרוס-קונטי באליפות העולם 2015.
בפאלון, שבדיה. יחד עם דיטמר נוקלר, פלגרינו זכה במדליית ברונזה בספרינט קבוצתי, קלאסי. בשנת 2017 הוא הפך לאלוף העולם לאחר שזכה באירוע הספרינט בסגנון חופשי במהלך אליפות העולם 2017 בלאתי, פינלנד. זו הייתה מדליית הזהב הראשונה של הגברים האיטלקים באליפות העולם הנורדי מאז רנטו פאסיני וקריסטיאן זורצי ניצחו בספרינט הקבוצתי בשנת 2007. הוא היה חלק מהצוות האיטלקי שזכה במדליה השנייה ברציפות של האומה באירוע הספרינט הקבוצתי, הפעם מדליה כסף יחד עם חברו לקבוצה דיטמר נוקלר.