Die Saison 2017 war Lorenzo Dalla Portas erste als Stammfahrer in der Moto3-Weltmeisterschaft. Er trat mit überschaubarem Erfolg auf einer Mahindra MGP3O des "Aspar"-Teams von Jorge Martínez an der Seite von Albert Arenas an. 2018 pilotierte Dalla Porta eine Honda NSF250R im Team "Leopard Racing". Sein Teamkollege war Landsmann Enea Bastianini. Beim Saisonauftakt in Katar errang er mit Rang drei hinter Jorge Martín und Arón Canet seinen ersten Podestplatz in der WM. In der zweiten Saisonhälfte gelang ihm beim Großen Preis von San Marino in Misano sein erster Sieg. Drei zweite Plätze bei den letzten fünf Saisonrennen sorgten für eine Punktausbeute von 151 Zählern, mit denen er die Gesamtwertung als Fünfter abschloss.