Ο Lorenzo πήρε την νίκη πάνω στο νήμα από τον Marquez σε ένα τελευταίο γύρο θρίλερ.
Από την Pole ξεκίνησε ο Γιατρός με το Maverick Viñales (Team Suzuki Ecstar) και Andrea Iannone (Ducati Team) στο πλευρό του στην πρώτη σειρά.
Η τελευταία φορά που ξεκίνησε από την pole στο Mugello ο Valentino Rossi ήταν το 2008 και κέρδισε. Πάνω από 100.000 άνθρωποι γέμισαν τις πλαγιές των λόφων στο Mugello για να δουν αν «ο γιατρός» θα μπορούσε να κερδίσει για μια ακόμη φορά.
Όταν τα φώτα έσβησαν, ο Jorge Lorenzo (Yamaha MotoGP Movistar) κάνοντας ένα απίστευτο ξεκίνημα έστριψε πρώτος στην πρώτη στροφή από την πέμπτη θέση στο grid.
Καταστροφικό ξεκίνημα έκανε ο Viñales ο οποίος έπεσε κάτω στην 11η θέση και ο Andrea Iannone που έμεινε στην 8η .
Ο Jack Miller (Estrella Galicia 0,0 Marc VDS), Alvaro Bautista (Aprilia Racing Team Gresini) και ο Loris Baz (Avintia Racing) είχαν πτώση στην πρώτη στροφή. Κανένας από τους τρεις δεν συνέχισε τον αγώνα, με τον Baz να μεταφέρετε στο ιατρικό κέντρο για τους έλεγχο.
Η μάχη μπροστά είχε ξεκινήσει με τον Rossi να προσπαθεί να περάσει τον Lorenzo στην πρώτη στροφή 1, αλλά ο Lorenzo να παραμένει πρώτος χάρη στις απίστευτες επιδόσεις του στο φρενάρισμα. Η μάχη των δυο οδηγών της Yamaha έδωσε την ευκαιρία στον Marc Marquez (Repsol Honda Team) για να κλείσει την διαφορά με τα δυο Yamaha. Ο Lorenzo οδηγούσε και έκλεινε κάθε πόρτα που ο Rossi προσπαθούσε να ανοίξει, «έπαιζε» άμυνα σε κάθε στροφή.
Λίγο πιο πίσω οι Iannone και Viñales σίγα σιγά ανέβαιναν θέσεις ανακτώντας έδαφος μετά τις κακές εκκινήσεις τους.
Στα μέσα του ογδόου γύρου το Mugello «πάγωσε» αφού η μοτοσυκλέτα του Rossi άρχισε να βγάζει καπνούς αντιμετωπίζοντας μηχανικό πρόβλημα με αποτέλεσμα να εγκαταλείψει φανερά απογοητευμένος.
Λίγο μετά ο Redding εγκατέλειψε και αυτός από μηχανική βλάβη.
Με την εγκατάλειψη του Rossi, ο Marquez ήταν τώρα ακριβώς πίσω από τον Lorenzo, ενώ λίγο ποιο πίσω ο Iannone έφτασε να δίνει μάχη για την Τρίτη θέση με τον ομόσταυλό του Dovi.
O Iannone αφού κέρδισε την μάχη με τον Dovizioso, αντιμετώπισε τις επιθέσεις του Dani Pedrosa (Repsol Honda Team) που εντωμεταξύ είχε περάσει και τον Dovizioso που έκανε ένα λάθος, χάνοντας όλες τις πιθανότητές του για ένα βάθρο.
Στον 20ο γύρο ο Marquez ξεκίνησε την πρώτη επίθεση του, αλλά και πάλι ο Lorenzo αμύνθηκε με επιτυχία κρατώντας το προβάδισμα. Οι επιθέσεις δεν σταμάτησαν και ο Marquez πέρασε τον Lorenzo στην αρχή του τελευταίου γύρου, αλλά ο Lorenzo απάντησε και πάλι. Είδαμε μεταξύ τους προσπεράσεις μέχρι που ο Marquez ήταν μπροστά στην τελευταία στροφή, αλλά με την αδυναμία της Honda στην επιτάχυνση και με τον μπροστινό τροχό του να σηκώνεται λίγο, ο Lorenzo ακριβώς πίσω του ήταν σε θέση να εκμεταλλευτεί το slipstream και να πάρει μια απίστευτη νίκη πάνω στην γραμμή τερματισμού με διαφορά μόλις 0.019s, διαφορά που είναι η μικρότερη της χρονιάς.
Η μάχη των Pedrosa και Iannone έφτασε μέχρι τον τελικό γύρο με τον Iannone να κερδίζει το βάθρο με διαφορά 0.168s , από τον Ισπανό που τερμάτισε στην 4η θέση.
Στην 5η θέση τερμάτισε ο Dovi, ενώ την κορυφαία εξάδα έκλεισε ο Maverick Viñales.
Έβδομη θέση τερμάτισε ο Bradley Smith (Monster Yamaha Tech 3) όπου είναι και ο κορυφαίος Ανεξάρτητος αναβάτης.
Την κορυφαία δωδεκάδα συμπλήρωσαν οι Danilo Petrucci, Aleix Espargaro που έκανε καλή εκκίνηση και βρέθηκε για αρκετούς γύρους ατών 3η θεση, ο Michele Pirro, Cal Crutchlow και ο Hector Barbera
Ο Lorenzo αφήνει το Mugello με δέκα βαθμούς διαφορά μπροστά από τον Marc Marquez στην κατάταξη Παγκοσμίου Πρωταθλήματος, ενώ ο Rossi παραμένει τρίτος, αλλά με 37 βαθμούς πίσω από τον πρώτο.
Κατά τη διάρκεια του αγώνα ο Andrea Iannone έφτασε τα 354,9 χλμ/ώρα τελική ταχύτητα, κάνοντας νέο ρεκόρ τελικής ταχύτητας στο Παγκόσμιο Πρωτάθλημα MotoGP.