En 1989 il devient directeur sportif de la Scuderia Ferrari. L'écurie italienne s'impose dès son premier Grand Prix, au Brésil avec Nigel Mansell, et récidive en Hongrie et au Portugal ; un manque de fiabilité empêche l'équipe de rivaliser avec McLaren et Williams. En 1990, Ferrari recrute Alain Prost, le champion du monde en titre, qui perd le championnat au Japon après un accrochage avec Ayrton Senna. Fiorio est limogé peu avant la saison 1991, mais ne démissionne qu'après les ennuis de l'équipe au Grand Prix de Monaco. En effet, Fiorio avait engagé des discussions avancées avec Senna peu après le Grand Prix automobile du Brésil 1990 afin de l'engager à la place de Nigel Mansell. Le président lui-même de Ferrari, Piero Fusaro essaiera de débarquer Fiorio de la Scuderia Ferrari.