Täytä seuraava lause: Bagnaia aloitti kauden voitolla Qatarissa johtaen kilpailua alusta loppuun. Bagnaia sai toisen voiton Austinissa kovaan taisteluun Álex Márquezin kanssa, joka voitti kisan 2,4 sekunnin erolla ja asetti myös nopeimman kierroksen. Jerezissä Bagnaia sijoittui kolmanneksi Lorenzo Baldassarrin ja Miguel Oliveiran jälkeen. Bagnaia otti ensimmäisen pole-asemansa Moto2:ssa
Le Mansissa hän johti alusta loppuun. Voitto oli myös hänen kolmas pallopisteensä Le Mansissa vuodesta 2015. Bagnaia sai neljännen voiton Assenissa, aloittaen kilpailun pole positionista ja johtaen koko kilpailua. Kun Bagnaia oli päässyt 3. sijalle Sachsenringissä, hän pääsi 12. sijalle, kun Mattia Pasini putosi hänen edessään viimeisessä mutkassa toisella kierroksella. Vaikka hän oli 26. sijalla, hän teki silti neljätoista sijaa, mukaan lukien Álex Márquezin ohittaminen viimeisellä kierroksella viimeisessä mutkassa. Brnossa Bagnaia pääsi kolmanneksi ja menetti mestaruuden Oliveiralle. Hän voitti viidennen kisansa Itävallassa. Bagnaia voitti kuudennen kisanansa Misanossa. Hän nousi viidenneksi peräkkäin palkintotilaan Buriramissa, voittaen kilpailun joukkuetoverinsa Luca Marinin kanssa toisella sijalla. Hän voitti kahdeksannen voittoonsa kauden aikana Motegissa sen jälkeen, kun Fabio Quartararo, joka alun perin voitti kisan, hylättiin alhaisen rengaspaineen vuoksi. Sepangissa kolmanneksi päästyään hän kruunattiin Moto2-maailmanmestariksi kauden 12. pallopisteellä. Hänen tiimikaverinsa Luca Marini voitti ensimmäisen Moto2-maailmanmestaruuden voiton, hänen 5. pallopisteensä kaudella.