En 2020, vuelve a participar en el festival, esta vez con el tema ""Fai rumore"", y logrando el triunfo en la final por delante de Francesco Gabbani y Pinguini Tattici Nucleari; el tema también consiguió el Premio de la Crítica "Mia Martini" y el Premio de la Prensa "Lucio Dalla". Como ganador del Festival de San Remo, Diodato fue designado como representante de Italia en el Festival de la Canción de Eurovisión 2020, aunque el certamen fue cancelado debido a la pandemia de COVID-19. La canción ganadora está dedicada a su expareja, la cantante Levante, según lo declarado por el propio artista.