Il 21 giugno 2017 venne ceduto insieme a Miles Plumlee e alla 41ª scelta dagli Charlotte Hornets agli Atlanta Hawks in cambio di Dwight Howard e la 31ª scelta al Draft NBA 2017. Lasciato come free agent dagli Atlanta Hawks, il 10 febbraio 2018 viene ingaggiato dai Philadelphia 76ers. In questo sprazzo di stagione i 76ers vincono 16 partite consecutive con l'italiano che viaggia a medie mai raggiunte in carriera (oltre i 13 punti a partita), aiutando la squadra della città della fratellanza a raggiungere il terzo posto nelle Eastern Conference ed essere una candidata per le NBA Finals. I Philadelphia 76ers superano il primo turno contro i Miami Heat per 4-1, ma vengono eliminati nelle semifinali contro i Boston Celtics. Belinelli si rende protagonista per un tiro allo scadere in gara 3, che è valso i tempi supplementari, ma che non è bastato per evitare la sconfitta finale ai Sixers.