À partir de 1987, Barilla retrouve les monoplaces, et il dispute le championnat international de Formule 3000 ainsi que celui du Japon. Mais comme du temps de la Formule 2, ses résultats y sont très médiocres, et il ne doit qu'à ses bons résultats en endurance de faire toujours parler de lui (citons notamment sa prestation aux 12 heures de Sebring 1988). Fort de ses appuis financiers, il parvient tout de même à obtenir en 1989 un essai en Formule 1 chez Minardi, qui débouche sur sa participation en fin de saison au GP du Japon, en remplacement de Pierluigi Martini, malade. Auteur d'une prestation correcte bien que contraint à l'abandon, il est titularisé pour l'ensemble de la saison 1990, mais il ne tarde pas à montrer ses lacunes dans la spécialité. Nettement dominé par son principal équipier Pierluigi Martini, il manque à plusieurs reprises sa qualification et se fait finalement limoger à quelques manches du terme du championnat.