In 2016 keerde Ramírez terug in het Spaanse Moto3-kampioenschap. Op een KTM won hij vijf races op het Circuit Ricardo Tormo Valencia (tweemaal) en in Aragón, de Algarve en Jerez. Met drie andere podiumplaatsen werd hij achter Lorenzo Dalla Porta tweede in de eindstand met 205 punten. Tevens keerde hij dat jaar terug in het wereldkampioenschap Moto3 bij het team Platinum Bay Real Estate op een Mahindra vanaf de race in Oostenrijk als vervanger van Danny Webb. Met een zesde plaats in Maleisië als beste klassering eindigde hij met 19 punten op plaats 26 in het klassement.