Petrucci fick förtroendet att köra för Ducatis fabriksstall Roadracing-VM 2019. Han inledde stabilt med att vara bland de sex bästa i inledningen av säsongen och höjde sig sedan till toppnivå med sin första Grand Prix-seger hemma i Italien som säsongens höjdpunkt. Petrucci var då uppe på tredje plats i VM, men andra halvan av säsongen gick sämre och han slutade på sjätte plats. Petrucci fortsätter hos Ducati Roadracing-VM 2020.