Nach einem weniger erfolgreichen Jahr 2017 beim BMC Racing Team kehrte Bettiol zur nunmehr EF Education First genannten Mannschaft zurück und wurde Vierter des E3 BinckBank Classic. Nach einer 14 Kilometer langen Alleinfahrt gewann er überraschend die anschließende Flandern-Rundfahrt und somit ein Monument des Radsports.[2] Bei den italienischen Meisterschaften belegte er nach seinem bis dahin größten Erfolg die Plätze zwei und drei im Zeitfahren und Straßenrennen.
Im Jahr 2020 gewann er im Frühjahr das Anbschlusszeitfahren des Étoile de Bessèges und wurde Zweiter der Gesamtwertung. Nach der durch die COVID-19-Pandemie bedingten Rennpause, wurde er Vierter bei der Strade Bianche und belegte wenig später den 18. Rang bei Mailand–Sanremo. Nach der Tour de France wurde er Vierter bei Gent–Wevelgem, konnte im Anschluss mit Rang 16 seinen Vorjahressieg bei der Flandern-Rundfahrt jedoch nicht verteidigen. Im Jahr 2021 ging Bettiol nach einem enttäuschenden Frühjahr beim Giro d’Italia an den Start, wo er die 18. Etappe gewann, nachdem er sich als Solist aus einer größeren Spitzengruppe löste.[3] Am Ende der Saison vertrat er Italien bei den Olympischen Spielen in Tokio und wurde 14. im Straßenrennen und elfter im Einzelzeitfahren.
Auch in den Jahren 2022 und 2023 konnte Bettiol nicht an seine früheren Leistungen bei den Frühjahres-Klassikern anschließen, belegte jedoch bei den Straßenradsport-Weltmeisterschaften in Wollongong den achten Rang. Zuvor hatte er sich auf der 14. Etappe der Tour de France 2022 nur dem Australier Michael Matthews im Schlussanstieg von Mende geschlagen geben müssen. Zu Beginn des Jahres 2023 gewann er den Prolog der Tour Down Under und startete im Anschluss beim Giro d’Italia und der Tour de France. Beim Straßenrennen der Weltmeisterschaften 2023 griff Bettiol 55 Kilometer vor dem Ziel als Solist an, wurde 22 Kilometer vor dem Ziel vom späteren Weltmeister Mathieu van der Poel überholt und belegte letztlich den zehnten Platz.[4] Im anschließenden Mixed-Staffel belegte er mit dem italienischen Team Rang fünf.
Im Jahr 2024 gewann Bettiol das Eintagesrennen Mailand–Turin, wobei er sich 30 Kilometer vor dem Ziel vom Peloton absetzte.