Han deltok i det femte turn-VM som ble arrangert, i Torino i 1911, der Italia vant bronse i lagkonkurransen, bak Tsjekkoslovakia og Frankrike. Loi ble olympisk mester i turn under OL 1912 i Stockholm. Han var med på det italienske laget som vant lagkonkurransen i mangekamp foran Ungarn. Det var fem lag fra fem nasjoner som var med i konkurransen som ble avholdt på Stockholms stadion. Det var mellom 16 og 40 deltakere på hvert lag. Åtte år senere, under OL 1920 i Antwerpen vant han sin andre olympiske gullmedalje, også denne gangen i mangekamp for lag.