Seria GP3 W sezonie 2015 Włoch przeniósł się do GP3, gdzie nawiązał współpracę z brytyjską ekipa Carlin. Fuoco już w trzecim starcie stanął na podium, zajmując drugą lokatę podczas głównego wyścigu w Austrii. Sporo błędów i niezawinione kolizje sprawiły jednak, że wyniki były słabsze w stosunku do tego, co mogło być. W czołowej dwójce znalazł się jeszcze w finałowym wyścigu, na torze Yas Marina w Abu Zabi. Łącznie w siedmiu wyścigach meldował się w czołowej szóstce i z dorobkiem 88 punktów został sklasyfikowany na 6. miejscu.
W drugim roku startów Fuoco reprezentował barwy rodzimego zespołu Trident Racing, w którym zastąpił swego rodaka Lucę Ghiotto. Fuoco zanotował bardzo udany początek sezonu, w którym zaliczył sześć podiów w przeciągu dziewięciu wyścigów. Odniósł przy tym dwa zwycięstwa – w sprincie na Silverstone oraz głównym wyścigu na Hockenheimringu. W drugiej połowie sezonu stracił dystans do rywali. Stanął tylko dwukrotnie na podium sprintów – na torze Spa-Francorchamps oraz Monzy. Do finałowej rundy w Abu Zabi przystępował z niewielkimi szansami na tytuł mistrzowski. Bardzo słaby weekend, w którym nie odnotował żadnych punktów, o mało nie kosztował go podium klasyfikacji generalnej, jednak ostatecznie udało mu się go utrzymać.