Nel 2011 Petrucci sale alla ribalta di tutti laureandosi campione italiano nella Superstock 1000 e vice-campione del mondo nella stessa categoria, alle spalle di Davide Giugliano
L'anno dopo avviene l'esordio nel motomondiale, in top class in sella alla CRT del Team IodaRacing-Project
Le buone prestazioni mostrate in sella ad una moto dal basso livello competitivo convincono Ducati Pramac a puntare su di lui. Nel 2015 il ternano sale in sella alla moto di Borgo Panigale
Il primo podio arriva a Silverstone quando, sotto l'acqua, termina in seconda posizione alle spalle di Valentino Rossi
I festeggiamenti di un emozionato Petrucci, al primo podio di carriera
In sella alla Ducati il ternano ha sempre mostrato una certa predisposizione per la guida sul bagnato
Petrucci resterà quattro anni nel Team Pramac, dove collezionerà 6 podi complessivi, di cui 4 nel 2017
Nel 2019 Ducati lo promuove nella squadra ufficiale, affiancandolo ad Andrea Dovizioso. Nella gara d'esordio in Qatar termina in sesta posizione
Il primo podio con la moto ufficiale arriva Le Mans, con un terzo posto dietro Marc Marquez e Andrea Dovizioso
Al Mugello Petrucci corona il suo sogno, trionfando al termine di una bellissima bagarre con Andrea Dovizioso e Marc Marquez
La vittoria nel GP di casa rappresenta il momento più alto della carriera del ternano in MotoGP
L'anno dopo Ducati lo riconferma al fianco di Dovizioso e a Le Mans Petrucci conquista la seconda e ultima vittoria in MotoGP
Nel 2021 scende dalla Ducati per salire in sella alla KTM. Tuttavia i risultati stentano ad arrivare e la stagione si rivela insufficiente e senza podi all'attivo
Al termine del 2021 Petrucci annuncia "l'arrivederci" alla MotoGP per poi debuttare nella Dakar, a gennaio 2022
Nella quinta tappa della storica kermesse si piazza al primo posto, diventando così il primo pilota della storia a vincere una gara sia in MotoGP sia nella Dakar
Nello stesso anno Petrucci prende parte al MotoAmerica, vincendo subito nella gara inaugurale e terminando la stagione da vice-campione
In occasione del GP della Thailandia il ternano torna in sella ad una MotoGP, accettando la wild card offerta dalla Suzuki
In vista della stagione 2023 della Superbike, Petrucci annuncia il suo ingaggio da parte del Team Barni
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