Marini började köra VM på heltid i Moto2-klassen 2016. Han körde för stallet Forward Racing på en Kalex motorcykel 2016-2017 och från säsongen 2018 för Sky VR46 Racing. Efter en svag inledning på 2018 började Marini prestera goda resultat. Sin första Grand Prix-seger tog Marini den 4 november 2018 i Malaysia. Han slutade på sjunde plats i VM. Marini fortsatte i samma team 2019 och tog sjätteplatsen i VM. Även Roadracing-VM 2020 körde Marini för "Sky VR46".