En 1946, il compte parmi les promoteurs de la Nuova Secessione Artistica, bientôt devenue le Fronte Nuovo delle Arti, auquel une salle est consacrée lors de la XXIVe Biennale de Venise, en 1948. Y sont notamment présentées des œuvres de Birolli, Guttuso, Corpora, Santomaso, Morlotti et Vedova.

En 1947, il effectue avec Morlotti un long séjour à Paris en qualité de boursier de l’État français.

A Paris, il fait la connaissance de Pablo Picasso et fréquente les peintres appartenant au courant abstrait de la nouvelle École de Paris, parmi lesquels Óscar Domínguez, Henri-Georges Adam, Nicolas de Staël, Édouard Pignon, Jean Bazaine et Hans Hartung.

C’est également en 1947 qu’a lieu sa rencontre avec le collectionneur Guglielmo Achille Cavellini, qui acquiert La Femme et la Lune, Les Coupoles de Saint-Marc ainsi que la série de dessins Italie ’44, et devient rapidement son principal collectionneur. En août puis en novembre de la même année, Birolli expose à la galerie del Cavallino, à Venise, puis à la galerie dell’Annunciata, à Milan, où il présente les résultats de son exploration personnelle de la syntaxe postcubiste française. Après la dissolution du Fronte, il rejoint le Gruppo degli Otto, présenté par Lionello Venturi lors de la XXVIe Biennale de Venise en 1952.

En 1948, il expose à la Galleria Sandri de Venise ainsi qu’à la Première Exposition nationale d’art contemporain de Bologne, qui suscite les sarcasmes de Palmiro Togliatti. Peu après, sous l’effet de dissensions internes et du durcissement des positions du Parti communiste italien en faveur d’un art néoréaliste, le Fronte Nuovo delle Arti se dissout, bien que les activités du groupe se poursuivent nominalement jusqu’en 1950.

En 1949, Birolli présente deux expositions personnelles à Milan, à la Galleria del Milione et à la Galleria dell’Annunciata, puis séjourne plusieurs mois en France et en Bretagne, notamment à La Trinité-sur-Mer, qui lui inspire des œuvres telles que Marchande de poissons bretonne.