A la muerte del maestro, en diciembre de 1677, Marchitelli fue llamado a ocupar el lugar en el prestigioso grupo de músicos de la Capilla Real del palacio, institución a cuyo servicio permaneció durante más de cincuenta años. Partido inicialmente con el salario más bajo entre los violinistas (sólo 2 ducados al mes), debido a su excelente talento artístico desde 1693 Marchitelli se convirtió en concertino de la Capilla Real. En ese cargo, fue protagonista, en 1702, del conocido episodio de la desafortunada exhibición napolitana de Arcanhelo Corelli. Como refiere Burney, fue de hecho el propio 'Petrillo' quien humilló con su habilidad al célebre Corelli. También otro eminente historiador de la música del siglo XVIII, J. Hawkins, incluye a Marchitelli entre los violinistas más ilustres de Europa de comienzos del siglo XVIII.

Después de ser contratado en el teatro de San Bartolomeo en Nápoles en la temporada 1684-85, Marchitelli fue probablemente primer violín de la orquesta de ese teatro desde 1693 hasta 1706; en los años 1694-95 se desempeñó como instrumentista 'extraordinario' con motivo de las cinco festividades más importantes de Real Casa de la SS. Annunziata. El 22 de diciembre de 1700 se casó con Anna Maria Lanzuolo hija -como se lee en el acta matrimonial- de un 'dottor fisico' y con ella vivió cerca de la iglesia de Santa María Ognibene. Del matrimonio nació una hija, Caterina Anna Petronila, que a la muerte de Marchitelli fue la heredera de todos sus bienes.

Marchitelli alcanzó el pináculo de su carrera en 1707, en la difícil transición al dominio de los Habsburgo del virreinato de Nápoles, cuando fue elegido, con Pietro Ugolini y Giovanni Carlo Cailò, gobernador y tesorero de la Congregación de los músicos del Palacio Real, cargo que volvió a cubrir diecisiete años más tarde. En el mismo año fue elegido entre los músicos invitados a Barcelona para ser parte de la Capilla Real encargada por el rey Carlo de Habsburgo (Carlos III como rey de España). Aunque algunos contratos de procuración parecen indicar los preparativos para una inminente partida, el nombre de Marchitelli no estaba en la lista de músicos efectivamente contratados por Carlos de Habsburgo: en su lugar fue llamado en cambio el joven Angelo Ragazzi. El mismo Ragazzi intentó sin éxito en 1723 desalojar a Marchitelli, quien, a pesar de sus ochenta años, fue confirmado por el virrey en la dirección de la orquesta, y mantuvo firmemente su posición de primer violinista de la Capilla Real hasta su muerte. Marchitelli murió en Nápoles y, como miembro de la importante Congregación de los músicoss de San Nicolás de la Caridad, fue sepultado en la iglesia homónima.

El excepcional prestigio profesional, ejercido a través de las actividades de violinista, profesor y compositor, consintió a Marchitelli no sólo destacarse en el panorama musical napolitano, sino que le permitió mejorar su condición social y acumular ganancias que supo invertir sabiamente. Un inventario elaborado en octubre de 1707 detalla los bienes que poseía Marchitelli, que incluían, además de una valiosa colección de violines de A. Amati y numerosas joyas recibidas como regalo de nobles napolitanos, también una maravillosa colección de pinturas. Entre los más de cincuenta pinturas de los artistas más ilustres de la época -Andrea del Po, Francesco Solimena, Luca Giordano- también había un retrato de Marchitelli por Paolo De Matteis. Parte de esta fortuna también había venido del favor que disfrutaba de algunas familias nobles napolitanas, en particular la de los Caracciolo, que en ese momento eran los señores feudales de Villa Santa Maria.

Gracias al ascendiente que disfrutó en el ambiente musical napolitano, Marchitelli tuvo la posibilidad de fomentar la carrera de un grupo de músicos procedentes como él del Abruzzo. Uno de sus alumnos fue su nieto Michele Mascitti (1664-1760), que, viviendo en París, fue uno de los artífices de la difusión de la sonata italiana en Francia. Otro sobrino, Giovanni Sebastiano Sabatino (1667-1742), hijo de Domenico y Berardina Marchitelli, se trasladó a Nápoles, donde, probablemente gracias al apoyo de Marchitelli, entró al servicio de la Capilla Real como violinista en el puesto de Francesco Scarlatti. Existían tal vez lazos de parentesco con Francesco Sabatino, violinista en la Casa Santa de Santa María de Constantinopla, a quien Marchitelli, ya viejo, quiso nombrar tutor de su hija.

De las aproximadamente treinta sonatas atribuibles a Marchitelli, la colección de la Biblioteca del Conservatorio de San Pietro a Majella de Nápoles es un testimonio interesante de su fama póstuma. El manuscrito recoge catorce sonatas que fueron copiadas y reelaboradas para una ejecución orquestal entre agosto y septiembre de 1743 para uso del conservatorio de San Onofrio. Se atribuyen a Marchitelli tres breves composiciones instrumentales. Otro grupo de once sonatas se encuentra en la biblioteca de música de la Universidad de California en Berkeley; la colección, incompleta, lleva en el frontispicio la leyenda 'Di Petrillo di Napoli contemporaneo di Corelli'. Una "sinfonía a due violini e basso" se conserva en Milán, Biblioteca del Conservatorio G. Verdi. Otras dos sonatas aparecen impresas en Amsterdam, por Estienne Roger, como apéndice a la segunda edición de las "Sonate... de Giovanni Ravenscroft Op. II (alrededor de 1710). Un gran número de 'sinfonías' y 'conciertos' de Marchitelli están incluidos en el inventario compilado en 1743 en el momento de la muerte de Michel-Charles le Cène, heredero de la actividad comercial de Roger.

Desde el punto de vista formal, las sonatas de Marchitelli siguen el modelo coreliano, imitando en algunos casos las ideas temáticas. Sin embargo, se caracterizan por el uso de un lenguaje armónico a veces arcaico, una marcada tendencia a un fraseo más desigual, y un fuerte interés por la escritura contrapuntística.