I 1959 hadde Cappelletti flyttet tilbake til Minnesota hvor han jobbet som bartender i brorens lounge før Patriots inviterte ham til trening på sommeren 1960. Da American Football League (AFL) ble lansert i 1960 signerte han med Boston Patriots hvor han til å begynne med spilte kicker og defensive back. Han gikk over til angrep senere i sesongen, og sammen med quarterback Babe Parilli var han en del av duoen «Grand Opera Twins», et kallenavn de fikk på grunn av deres italienske etternavn. Cappelletti ble utnevnt til AFL MVP i 1964, ledet ligaen i scoring fem ganger og ble utvalgt til AFL All-Star fem ganger. Han var en av 20 AFL-spillere som var aktive gjennom alle ligaens ti år, og Cappelletti, George Blanda og Jim Otto var de eneste som spilte i alle sine lags kamper i ligaen. Han spilte med Patriots i alle de 11 årene laget holdt til i Boston, fra 1960 og ut 1970-sesongen, og pensjonerte seg i august 1971, 37 år gammel; han var toppscoreren i AFL med 1 130 poeng (42 touchdowns, 176 field goals og 342 ekstrapong) og var topp ti i mottatte yards og pasninger. Cappelletti hadde to av de fem toppscorende sesongene i idrettens historie, med 155 poeng i 1964 og 147 poeng i 1961 (14 kamper per sesong). Poengrekorden med Patriots varte helt til Adam Vinatieri slo den 5. desember 2005. Da han døde hadde Cappelletti 12. flest mottakelser for Patriots med 292 mottakelser og 10. i mottatte yards med 4 589. Han var nummer fem blant Patriots-spillere i mottatte touchdowns med 42, og har nest flest forsøk på field goals (333) etter Stephen Gostkowski.