En 2011, Viviani commence sa saison sur route en janvier avec le Tour Down Under. Il gagne en février le Grand Prix de la côte étrusque et le Tour de Mumbai I. Aux championnats du monde sur piste à Apeldoorn aux Pays-Bas, il est médaillé d'argent du scratch, sixième de l'américaine, septième de l'omnium et quinzième de la poursuite par équipes. Après des victoires lors d'une étape du Tour de Slovénie et au Grand Prix Nobili Rubinetterie, il est aux championnats d'Europe sur piste juniors et espoirs à Anadia au Portugal. En espoirs, il y est médaillé d'or de la course aux points et de l'omnium, et médaillé d'argent de l'américaine. Il obtient cinq nouvelles victoires sur route en fin de saison,dont une étape du Tour de Pékin, sa première victoire en UCI World Tour. Il est médaillé de bronze de l'omnium aux championnats d'Europe élites à Apeldoorn en octobre.