Nel 1961 inizia questo fortunato sodalizio; Francesco Villa perfeziona ed elabora ulteriormente le “vecchie” bialbero Mondial, riuscendo a renderle competitive e ad aggiudicarsi per tre anni consecutivi il titolo italiano velocità. I tecnici Melotti e Turicci, dell'ex reparto corse della Mondial, vengono messi a disposizione di Francesco per la realizzazione di una 50cc. per le gare di campionato mondiale. Il motore, un monocilindrico verticale con distribuzione bialbero capace di ben7 Cv. a 14.000 giri/min., trasmissione primaria ad ingranaggi, frizione a dischi multipli, cambio a sei velocità, viene installato su di un telaio a tubi a doppia culla, forcella anteriore telescopica e forcellone posteriore oscillante, peso complessivo di 50 kg., in grado di raggiungere i 130 km/h. Il debutto in pista avviene nell'aprile del '62 sulla pista dell'Aerautodromo di Modena, dove Villa conquista il primo posto. In seguito viene impiegato nelle gare in salita, conquistando il secondo posto nel campionato italiano della Montagna.
La Mondial, pur non prendendo parte ufficialmente alle corse, prepara diverse macchine da vendere ai privati o da affidare a piloti di sua fiducia, come appunto Francesco e suo fratello Walter. Il pilota-tecnico modenese, in quel periodo, ha il grande merito di essere uno dei primi ad intuire il potenziale del motore a due tempi di scuola moderna con distribuzione a disco rotante. Egli stringe amicizia con il tecnico tedesco Peter Dürr, grande motorista e grande esperto di motori a due tempi, e verso la metà degli anni Sessanta, per la classe 60cc. Francesco prepara una monocilindrica due tempi con distribuzione a luci ad incrocio di corrente, trasmissione primaria ad ingranaggi, frizione a dischi multipli e cambio a quattro velocità. Con un rapporto di compressione di 11:1, la potenza si aggira attorno ai 12 Cv. a 10.000 giri/min. Il telaio, salvo qualche piccola modifica, è lo stesso della 50cc. e consente alla Mondial di sfoggiare questo monocilindrico orizzontale a due tempi che riapre la serie dei successi e con il quale Walter Villa, fratello minore di Francesco, conquista il titolo italiano 1965 e ancora nel '66 e '67. Sempre in forma non ufficiale, i fratelli Villa in collaborazione tra di loro, dopo avere presentato nel 1965 alcuni prototipi, nel '66 presentano due nuove motociclette da 125 e 250cc., entrambe bicilindriche a due tempi.

La nuova 125cc., dotata di freni a tamburo, dispone di un motore raffreddato ad aria, con distribuzione a disco rotante, capacedi 30 CV a 14.000 giri/min., e va a sostituire il precedente modello monocilindrico che disponeva di “soli” 23 Cv. a 11.500 giri/min. La 250cc. dispone del sistema di raffreddamento misto, acqua per il cilindro e ad aria per la testa, rapporto di compressione 11,5:1 e una potenza di 48 Cv. a 11.500 giri/min. Per la 250 anteriormente è montato un freno a disco. I cilindri di entrambe queste macchine sono affiancati e inclinati di 30°. Queste due macchine faranno però solo qualche sporadica apparizione sui circuiti negli anni successivi. Conclusa la collaborazione con la Mondial, Francesco dirada la partecipazione alle corse per dedicarsi a nuove realizzazioni e all'idea di diventare pilota-costruttore. Scende in pista nel 1966 per la prima volta a Riccione con la Beccaccino 125cc. di sua costruzione, classificandosi al terzo posto, secondo nella Coppa d'Oro Shell a Imola e primo a Cesenatico.