Selanjutnya, dia kemudian bergabung bersama Marc VDS untuk musim 2016 dan 2017. Musim 2016 dia selesaikan dengan melakukan 18 balapan, delapan podium, 3 lap tercepat, dan 213 poin hingga membuatnya finis keempat di klasemen akhir.
Hingga pada tahun 2017, dia akhirnya menjadi kampiun Moto2 dengan catatan delapan kemenangan, 12 podium, 6 pole position, 8 lap tercepat, dan 308 poin.
Pada 2018, Franco Morbidelli naik kelas ke MotoGP bersama Marc VDS yang disokong dengan Honda. Musim tersebut dia melakoni 16 balapan dengan torehan 50 poin dan finis ke-15.
Selanjutnya, dia gabung ke Petronas Yamaha SRT dengan kontrak dua tahun mulai musim 2019. Morbidelli berhasil finis di posisi ke-10 dengan koleksi 115 poin dari 19 balapan di musim pertamanya.
Tahun 2020 akhirnya menjadi salah musim terbaik sepanjang karier balap Franco Morbidelli.