Durante las temporadas 2016 y 2017 cumplió con actuaciones destacadas, ganando la camiseta del mejor joven en varias competencias, y algunos triunfos en la general de carreras continentales, además del Tour del Porvenir 2017 lo que le valió para ser contratado por el equipo Sky, de categoría UCI WorldTeam, a partir de la temporada 2018.
Posteriormente se centró en el ciclomontañismo bajo la dirección del exciclista de ruta Fabio Rodríguez iniciando su trayectoria en categorías inferiores bajo la tutela de Rodríguez y la Fundación Mezuena.
En marzo se coronó campeón panamericano júnior en Cota, Colombia, sobreponiéndose a una fractura de clavícula que requirió tratamiento quirúrgico dos semanas antes.
[17] Sin embargo, los resultados empezaron a llegar rápidamente, en marzo, en la Settimana Internazionale Coppi e Bartali ganó su primera clasificación de los jóvenes,[18] logro que se volvería habitual en las carreras por etapas que correría de ahí en adelante.
[22] Inmediatamente después de obtenido el título el Team Sky hace oficial su fichaje por este equipo UCI WorldTeam a partir de 2018; confirmando con ello lo que ya se rumoreaba hacia varios meses.
[28] En marzo, fue incluido en el equipo que debía acompañar a su compatriota Sergio Henao en la disputa de su primera prueba con el equipo en Europa, la Vuelta a Cataluña; mostrándose nuevamente muy consistente y como el principal rival en la clasificación general de Alejandro Valverde, al que secundó en la cuarta etapa con llegada a La Molina.
[31] Al día siguiente en la etapa reina atacó en el ascenso final al líder Roglič que se mostró sólido y no cedió tiempo; tras la etapa final Bernal ocupó el segundo lugar en el podio y se hizo a la clasificación de mejor joven.
Sin embargo, en la sexta etapa atacó en el penúltimo puerto arribado en solitario a meta con una amplia ventaja sobre sus rivales, lo que le permitió asegurar el triunfo de la carrera al día siguiente tras superar la última etapa sin incidentes.
Durante la primera mitad de la carrera sufrió varios percances especialmente en la novena etapa con pavé donde sufrió caídas y colisionó con un vehículo, estos incidentes no le ocasionaron lesiones graves pero si lo relegaron en la clasificación general.
Al terminar la prueba acabó 15.º en la clasificación general, y lo más importante, demostró sus aptitudes como corredor de grandes vueltas.
[44] En marzo incursionó en territorio europeo compitiendo en la París-Niza en el papel de gregario del polaco Michał Kwiatkowski.
Al finalizar la carrera fue tercero después de luchar a tope la competencia contra el británico Adam Yates, que fue segundo, y su compatriota Miguel Ángel López quién fue el campeón de la carrera.
[59][60] También fue notable la defensa en la contrarreloj individual de la octava etapa ante su principal rival en la competencia, el australiano Rohan Dennis.
[62] Por su rápida recuperación de su lesión y el triunfo en Suiza los medios especializados le otorgaban a Bernal cierto favoritismo al triunfo final, ante lo cual el mismo corredor se quitó presión manifestando que trabajaría para Thomas.
[63] Durante las primeras etapas en línea no cedió tiempo ante sus rivales para la clasificación general y en la contrarreloj por equipos solo perdió pocos segundos ante los integrantes del Jumbo-Visma pero ganó tiempo con respecto al resto de sus rivales.
En la esperada sexta etapa de montaña con final en La Planche des Belles Filles ingresó con el grupo de favoritos, cediendo algunos segundos con su compañero Thomas lo que inclinaba la balanza a favor del vigente campeón como líder del equipo.
[65] En la etapa 13, una contrarreloj individual de 27 km tuvo una actuación discreta quedando distanciado en la general a 1:26 de su compañero Thomas y a 2:52 del líder Alaphilippe bajando sus opciones para la general.
[68] Con estas diferencias se enfundó la camiseta amarilla la que conservó sin inconvenientes hasta París tras la penúltima etapa, también reducida a solo 59 km por mal clima.
Iniciando el Tour, Bernal empezó bien la defensa de su título, colocándose en los primeros lugares, hasta se posicionó en el segundo puesto hasta la etapa 13, donde perdió más de 40 segundos.
También se adjudicaría la etapa 16 en el Paso Giau, coronando la Cima Coppi de la competencia.