En 2016 se mantuvo en el Red Bull KTM Ajo, su nuevo compañero de equipo fue el neerlandés Bo Bendsneyder. Obtuvo un segundo puesto en Catar, dos terceros lugares (Argentina y las Américas) y una pole en la Argentina. En Jerez calificó segundo, pero una penalización hizo que largara desde el último lugar (35ª). Después de una gran remontada ganó el gran premio, la primera victoria de su carrera mundialista. Ganó también en Francia e Italia. En Cataluña ocupó el segundo lugar después de salir desde la pole. En Austria ocupó el segundo lugar. Obtuvo la pole position en la República Checa. Ganó en Gran Bretaña. En el Gran Premio de San Marino ganó después de salir desde la pole. El 25 de septiembre de 2016 finalizó segundo en Aragón y se consagró Campeón del mundo de Moto3. Fue segundo en Japón. En Australia ganó después de salir desde la pole. Obtuvo la pole position en Malasia y terminó la temporada ganando la última carrera en Valencia.