Ma la Morini 250, se andava bene per vincere in Italia non era più competitiva contro le macchine giapponesi, nelle gare di campionato del mondo.

Ago lasciò la marca bolognese andò a Cascina Costa e firmò per la MV. Era il 1964.

Nel 1965 il debutto fu felice, nella prima gara della stagione sulla pista di Modena vinse e si aggiudicò tutte le prove del campionato italiano, le gare del mondiale erano però tutt'altra cosa ed Ago si dovette accontentare di restare nella scia di Mike Hailwod, che passo a fine stagione alla Honda.

Nel 1966 Ago si trovò a gareggiare nel campionato mondiale contro il suo ex compagno di squadra , vinse due prove mondiale nella 350 cc. contro le sei del campione inglese che si aggiudicò il titolo.

Il primo titolo lo vinse nella classe delle 500 cc. e da quel momento Ago diventa una leggenda vivente.

Nel 1967 Mike dominava incontrastato la classe 350cc. mentre Agostini vinceva nella 500 cc., dove riuscì ad aggiudicarsi il titoli di campione del mondo con 5 vittorie.

L'anno successivo dominava sia la classe 350 cc. sia la 500 cc., anche perché nel frattempo la Honda si ritirò dalle corse, ed Hailwood disponeva di un paio di moto che non gli permettevano di gareggiare alla pari.

Agostini dominò le due classi regine incontrastato fino al 1972 anno dell'arrivo sulla scena del mondiale di Saarinen e della Yamaha. Ma non era finita, Pasolini risaliva la scala dei valori e in sella alla Aermacchi - Harley Davison 350 cc. tentò di gareggiare alla pari con Agostini, che nel frattempo aveva optato per la quattro cilindri Cascina Costa.

Quell'anno riuscì a vincere il titolo della 350 cc., ma da quel momento vincere diventerà sempre più difficile, la stagione più problematica fu quella del 1973 con delle moto che non garantiscono più la certezza della vittoria.

Il 20 maggio1973 perdono la vita a Monza, Renzo Pasolini e Jarno Saarinen , gettando nel gelo il mondo motociclistico. Ago riconquista il titolo nella 350 cc., mentre Read migliora nella 500 cc.

L'anno successivo Ago passa dalla MV alla Yamaha, la domanda d'obbligo è se riuscirà a confermare la sua superiorità anche con una moto a due tempi.

Il suo capolavoro resta Daytona dove vince sulla pista americana, e convince tutti sulla pista di Imola nelle 200 miglia.Nello stesso anno vince il titolo mondiale delle 350 cc. mentre nella 500 cc. Read e Bonera con la MV lo superano e anche la Yamaha di Lansivuori passa davanti  nella gara per il mondiale.