Tricolore degli allievi nel 1959, debutta tra i professionisti nel 1962 compiendo l'impresa di conquistare, nello stesso anno, il primo posto al Gran premio della Montagna del Passo della Bocchetta in occasione della 23esima edizione del Giro. L'anno dopo, transitando terzo sulla Bocchetta, arrivò alla vittoria finale. Davanti a Ronchini staccato di oltre due minuti. Poi una serie di piazzamenti tra i quali merita di ricordare il secondo posto nel 1966 mentre nel '70 si piazzò terzo. Praticamente sempre alla partenza (saltò solo l'edizione del 1968), praticamente sempre all'arrivo (si ritirò solo nel 1967). Tanta caparbietà e costanza doveva essere premiata. E infatti arrivò la seconda vittoria nel 1973, a dieci anni dalla prima, quando Zilioli trionfò davanti a Motta e Dancelli staccati di oltre un minuto. Nato a Torino nel 1941, venne allevato con speciale riguardo da Vincenzo Giacotto che lo fece debuttare nella Carpano con l'etichetta di "nuovo Coppi" anche perché in bicicletta dava la sensazione di muoversi con la facilità e la potenza del Campionissimo. Quando nel 1962, appena professionista, affronta la salita della Bocchetta, lo fa da solo in mezzo ad un uragano. Scollina in prima posizione lasciandosi dietro Taccone, Mealli, Balmamion (che poi vincerà). Zilioli si ritira per una caduta, ma la gente rimane sorpresa e il paragone con Coppi si rafforza. Nel 1963 fece sensazione il poker di vittorie ottenute: Tre Valli Varesine, Giro dell'Appennino., Giro del Veneto e Giro dell'Emilia. Negli anni successivi arrivò per tre anni al posto d'onore al Giro d'Italia: dietro ad Anquetil nel 1964, ad Adorni nel 1965, a Motta nel 1966. Poi nel 1969 arrivò terzo. Complessivamente vinse cinque tappe al Giro d'Italia mentre per sei giorni (come Cipollini e Pantani) indossò la maglia gialla al Tour nel 1970, dopo aver vinto la tappa di Angers a dispetto del suo capitano Eddy Mercks. Altri piazzamenti di rilevo furono il quinto posto e il sesto posto nei campionati del mondo del '64 e del '65. Nel campionato italiano arrivò invece terzo nel 1964, secondo nel 1966, terzo nel 1969, sesto nel 1970, terzo nel 1973, quarto nel 1975. Cinquantadue le sue vittorie complessive in carriera. Scrive lo stesso Italo Zilioli della sua vittoria del 1973 sul libro "Sulle strade dell'Appennino" di Giorgio Delfino, edito dalla Nuova Editrice Genovese: "Domenica 5 agosto: quasi in cima alla Bocchetta scatta Gianni Motta e transita in solitudine seguito a brevi intervalli da Poggiali, Battaglin, Bergamo, Fabbri, Panizza e dal sottoscritto. La veloce discesa verso Voltaggio ricompone un gruppetto di dodici tra i quali anche Gimondi e Dancelli. L'ultima scalata alla Castagnola lascia tutto invariato. Quando ci ritroviamo sul falsopiano del Pian dei Grilli mi si avvicina la mia ammiraglia e il direttore sportivo Luciano Pezzi mi dice di fermarmi per cambiare la ruota posteriore: vuole assolutamente che il mio rocchetto posteriore sia composto da meno denti; riparto con il 21 come rapporto più agile fino ad arrivare al 13 per l'eventuale volata. Raggiungo in fretta i compagni di fuga. Attacchiamo compatti i Giovetti. Parto ad un chilometro circa dalla vetta ed è subito il vuoto. Senza voltarmi scollino fra due ali di folla plaudente e mi getto a capofitto verso Pontedecimo. Gianni Motta arriverà ad oltre un minuto".

http://www.uspontedecimo.net/Sito/appennino_doro_2005.htm