Meski 2013 menjadi tahun yang berat bagi Morbidelli, tetapi banyak hikmah dan kesempatan anyar yang diperolehnya. Selain menjadi juara dunia di Kejuaraan European Superstock 600, Morbidelli juga mendapat kesempatan tampil di ajang Moto2.

Kesempatan itu diberikan kepada Morbidelli berkat campur tangan Rossi yang mempromosikan dirinya kepada Tim Federal Oil Gresini. Hal itu dilakukan Rossi karena Morbidelli merupakan salah satu anggota pertama VR46 Rider Academy, sebuah akademi motor anyar yang baru didirikan Rossi pada 2013 demi melatih pembalap muda asal Italia.

Berkat kesempatan yang diberikan Gresini, Morbidelli dilirik Italtrans Racing Team dan menawarkan sebuah kontrak profesional yang membuat dirinya resmi banting stir ke kelas Moto2. Dua musim membela tim asal Italia, Morbidelli tak dapat tampil apik sebaik dirinya kala menjuarai European Superstock 600. Ia hanya menempati urutan ke-11 pada musim perdananya dan urutan ke-10 setahun setelahnya. 

Walaupun tampil inkonsisten, Estrella Galicia 0,0 Marc VDS, salah satu tim terkuat di kelas Moto2, tertarik menggunakan jasanya. Morbidelli diproyeksikan untuk menggantikan juara dunia Moto2 2014, Tito Rabat, yang promosi ke kelas MotoGP. 

Bersama salah satu tim terkuat di kelasnya, Morbidelli dapat tampil moncer pada 2016. Ia berhasil menyabet delapan podium dan bersaing di papan atas klasemen bersama Alex Rins, Johann Zarco, hingga Thomas Luthi. 

Namun, hingga akhir seri balapan grand prix memasuki akhir musim, Morbidelli tak mampu membalap raihan poin tiga pembalap di atasnya dan hanya bertengger di posisi ke-4 pada akhir klasemen. 

Karier prestisiusnya baru terjadi kala memasuki musim kedua bersama Estrella Galicia 0,0 Marc VDS. Ia langsung tampil meyakinkan pada seri perdana musim 2017 dengan meraih gelar juara di Sirkuit Internasional Losail dan hasil positif itu terus berlanjut hingga seri ketiga yang berlangsung di Circuit of the Americas.

Atas konsistensinya meraih banyak podium pada musim itu, Morbidelli secara meyakinkan menyabet gelar juara pertamanya di kelas Moto2 dengan perbedaan poin lebih dari 50 angka dari peringkat kedua, Thomas Luthi. Pencapaian ini juga menjadikan Morbidelli sebagai pembalap asal Italia pertama yang menjuarai kelas Moto2 setelah Marco Simoncelli pada 2008.

Pasca tampil fantastis pada 2017, pria yang menggunakan nomor 21 itu dipromosikan ke kelas utama MotoGP. Morbidelli kembali memperkuat Estrella Galicia 0,0 Marc VDS dengan menunggangi Honda RCV213V bersama saingan utamanya di ajang Moto2, Thomas Luthi.

Pada musim pertamanya di kelas para raja, Morbidelli menemui kesulitan meski mengendarai motor yang serupa dengan yang ditungganginya kala berlaga di kelas Moto2. Ia tak mampu mengendalikan motor Honda yang cenderung agresif dan menjadi sulit dikendarai. Akibatnya, Morbidelli hanya berhasil finis di luar 10 besar dan tak pernah sekali pun meraih podium pada musim itu.

Setahun setelahnya, Morbidelli dipinang oleh Petronas Yamaha SRT pasca Estrella Galicia 0,0 Marc VDS memutuskan mundur dari ajang MotoGP. Bersama tim satelit Yamaha itu, penampilan Morbidelli mampu menunjukkan peningkatan meski secara perlahan.

Peningkatannya begitu pesat kala memasuki musim 2020. Morbidelli berhasil meraih podium pertamanya di kelas MotoGP kala membalap di Sirkuit Misano, Italia. Ia juga dapat bersaing di papan atas klasemen untuk memperebutkan gelar juara dunia. 

Namun, harapannya pupus karena kalah bersaing dengan pembalap Suzuki Ecstar, Joan Mir. Morbidelli terpaut 12 angka pada akhir musim dan harus puas finis di peringkat kedua. 

Pada 2021 Morbidelli berkesempatan untuk berkendara bersama mentor sekaligus legenda MotoGP, The Doctor di Petronas Yamaha SRT. Morbidelli kini dapat belajar langsung dari sang maestro terkait arena balap yang belum diketahuinya. 

"Bertandem dengan Vale akan jadi kisah bagus bagi saya. Saya berutang banyak padanya dan saya berada di sini berkat dia. Bakal jadi kisah yang baik jika kami balapan di tim yang sama," ujar Morbidelli seperti yang dikutip Tutto Motori. 

Meski begitu, musim ini Morbidelli tidak semoncer musim sebelumnya. Hal itu terlihat dari pencapaiannya yang menurun pada seri awal musim 2021 dengan meraih hasil yang tak memuaskan. Ia hanya berhasil finis di urutan ke-18 pada seri perdana dan urutan ke-12 pada seri selanjutnya.

Namun, Morbidelli tetap bebenah diri, ia berusaha memperbaiki penampilannya dari waktu ke waktu. Kini ia mencoba merangsek ke papan atas seperti musim sebelumnya dan mencoba meraih gelar juara dunia di kelas para raja, MotoGP.