No era difícil prever una cerrada carrera en grupo en el circuito de Mugello, donde la astucia de un piloto puede llevarle a superar a otros con monturas más competitivas aprovechando los rebufos apropiadamente. En la salida Álex Rins era el líder de carrera llegados a la primera curva, pero inmediatamente tras él rodaban seguido por Zulfahmi Khairuddin, Efrén Vázquez, Niccolò Antonelli, Danny Kent, Sandro Cortese, Romano Fenati, Luis Salom y Louis Rossi.
Durante la primera vuelta las pasadas en el apretado grupo de cabeza eran constantes. Vázquez llegaba a ponerse segundo tras Khairuddin y por delante de Viñales, que llegando a la última curva era adelantado por Rins, muy motivado después de salir desde la primera línea de parrilla junto a Viñales y Cortese.
Después de una estresante primera vuelta, la segunda y el resto de la carrera irían en la misma línea. Las pasadas y repasadas se sucedían en un grupo que llegaba a componerse por hasta 15 pilotos y en el que Rossi quedaba fuera poco después por caída. En esa vuelta Cortese acosaba a Rins, pero el debutante español resistía inicialmente el ataque del italiano. Khairuddin asaltaba entonces la cabeza de carrera durante las vueltas siguientes.
En la quinta vuelta Khairuddin comenzaba a perder empuje y entonces la cabeza de carrera sería para Fenati seguido por Viñales, Cortse, Rins y Vázquez, con los que intentaba contactar Danny Kent cuando se producía la caída de Srthur Sissis.
Mediada la carrera estaba claro que la victoria sería para uno de los pilotos en cabeza, pero siendo estos Viñales, Cortese, Vázquez, Rins, Fenati y algo más retrasado Antonelli, los cambios de posición volvían en cada nueva frenada o salida a la recta de meta. Para entonces Khairuddin había perdido completamente el contacto y lideraba el segundo grupo, entonces compuesto también por Héctor Faubel, Jakub Kornfeil, el invitado local Kevin Calia y Alexis Masbou entre otros.
Lo que más llamaba la atención para el público italiano es que durante unos instantes las dos primeras posiciones eran para Fenati y el menudo Antonelli. En esos momentos Viñales y Cortse habían pasado a un segundo plano en la cola del grupo, pero esa situación no duraría mucho más. Fenati y Antonelli intentaban escapar en solitario, pero cada vez que los pilotos salían a la recta eran neutralizados inmediatamente.
En las vueltas finales Viñales, Cortese y Fenati conseguían unos metros vitales sobre Rins, Vázquez, Kent y Antonelli. y así llegarían a la última vuelta con algo más de 3,5 segundos de ventaja sobre ellos.
En la última vuelta Cortese atacaba, pero era adelantado por Fenati antes de que Viñales tomara el mando de la situación y liderase la carrera hasta la última curva, saliendo a la recta primero aunque muchos dudaban si no sería adelantado por Fenati o Cortese, o por los dos, antes de cruzar la meta. Sin embargo, Viñales resistía y lograba la quinta victoria de esta temporada, siendo segundo Fenati y Tercero Cortese, un líder a quien Viñales recorta un buen puñado de puntos en la clasificación del campeonato. En el segundo grupo Antonelli era cuarto seguido por Kent, Vazquez y Rins.
Entre el resto de los pilotos españoles, Moncayo y Salom quedaban fuera en una caída conjunta. Faubel era décimo, Adrián Martín 13º después de una dificil carrera en remontada, Iasac VIñales 19º e Iván Moreno 26º.
Clasificación Carrera Moto3
| 1 | Maverick VIÑALES | SPA | FTR HONDA | 39'57.374 |
| 2 | Romano FENATI | ITA | FTR HONDA | 39'57.394 |
| 3 | Sandro CORTESE | GER | KTM | 39'57.445 |
| 4 | Niccolò ANTONELLI | ITA | FTR HONDA | 40'03.162 |
| 5 | Danny KENT | GBR | KTM | 40'03.210 |
| 6 | Efren VAZQUEZ | SPA | FTR HONDA | 40'03.234 |
| 7 | Alex RINS | SPA | SUTER HONDA | 40'03.280 |
| 8 | Jakub KORNFEIL | CZE | FTR HONDA | 40'15.569 |
| 9 | Zulfahmi KHAIRUDDIN | MAL | KTM | 40'16.606 |
| 10 | Hector FAUBEL | SPA | KALEX KTM | 40'16.682 |
| 11 | Niklas AJO | FIN | KTM | 40'33.229 |
| 12 | Alexis MASBOU | FRA | HONDA | 40'33.246 |
| 13 | Adrian MARTIN | SPA | FTR HONDA | 40'33.549 |
| 14 | Kevin CALIA | ITA | HONDA | 40'33.569 |
| 15 | Michael Ruben RINALDI | ITA | HONDA | 40'33.644 |
| 16 | Alessandro TONUCCI | ITA | FTR HONDA | 40'33.659 |
| 17 | Alan TECHER | FRA | TSR HONDA | 40'33.820 |
| 18 | Toni FINSTERBUSCH | GER | HONDA | 40'34.025 |
| 19 | Isaac VIÑALES | SPA | FTR HONDA | 40'48.626 |
| 20 | Danny WEBB | GBR | MAHINDRA | 40'54.404 |
| 21 | Jack MILLER | AUS | HONDA | 40'54.510 |
| 22 | Simone GROTZKYJ | ITA | SUTER HONDA | 40'54.522 |
| 23 | Giulian PEDONE | SWI | SUTER HONDA | 40'54.525 |
| 24 | Brad BINDER | RSA | KALEX KTM | 41'04.602 |
| 25 | Kenta FUJII | JPN | TSR HONDA | 41'21.053 |
| 26 | Ivan MORENO | SPA | FTR HONDA | 41'28.715 |
| 27 | Luigi MORCIANO | ITA | IODA | 41'53.219 |
