I 1981 ble Nebiolo president i IAAF. Han gav forbundet mer makt over de nasjonale forbundene og etablerte det første VM i friidrett 1983 i Helsinki. Som sittende president i IAAF ble han valgt som medlem av Den internasjonale olympiske komité i 1992. Nebiolo var sentral i arbeidet med å få Vinter-OL 2006 til hjembyen Torino.