Para a temporada de 2016, Marini foi contratado pela Forward Racing Team para competir em período integral na Moto2. Ele conseguiu seus primeiros pontos no Grande Prêmio do Qatar, onde terminou em 10º lugar, e seu melhor resultado foi na Alemanha, onde ficou em 6º lugar. Marini permaneceu na mesma equipe em 2017 . Já em 2018, passou a correr pela Sky Racing Team VR46 e alcançou seu primeiro pódio na Alemanha e sua primeira vitória na Malásia. Em 2019, ele conquistou dois pódios em Mugello e Assen, levando a vitórias consecutivas na Tailândia e no Japão.