In 2016 reed Dalla Porta een tweede seizoen in de Spaanse Moto3 en werd kampioen door overwinningen te behalen op het Circuit Bugatti, het Circuit de Barcelona-Catalunya (tweemaal) en het Circuito de Albacete, waardoor hij met 214 punten het kampioenschap won met negen punten voorsprong op Marcos Ramírez. Daarnaast trad hij dat seizoen ook op als regelmatig vervangend coureur in het wereldkampioenschap Moto3. Tijdens zijn thuisrace in Italië verving hij de geblesseerde Philipp Öttl op een KTM en scoorde een punt met de vijftiende plaats. Tijdens de TT Assen verving hij eenmalig de Honda-coureur Jorge Navarro en werd tiende. Vanaf de race in Groot-Brittannië was hij de permanente vervanger van Romano Fenati bij het opleidingsteam van Valentino Rossi nadat Fenati om disciplinaire redenen uit het team was gezet. Hij scoorde nog een elfde plaats in Japan en werd met 12 punten dertigste in het eindklassement.