Under EM i friidrett 2010 greide han ny personlig rekord på 100 meter, da han løp på 10,17 med motvind. Dette bragte ham til finalen, og her løp han på 10,34 med 1 m/s motvind, og endte på syvendeplass. Dette var han første finale i et større internasjonalt mesterskap. Igjen gjorde Italia det godt på stafetten, der de tok sølvet bak Frankrike. Italia løp på 38,17, som var Di Gregorios første italiensk rekord. Den gamle italienske rekorden hadde da stått i 27 år, siden VM i friidrett 1983. De andre deltakerne på EM-stafetten var Roberto Donati, Simone Collio og Maurizio Checcucci.