In partenza tutti i piloti si schierano con gomme intermedie e quando scatta il semaforo verde Rosberg ha una piccola incertezza e Hamilton ne approfitta. I due piloti arrivano appaiati alla prima curva, ma Hamilton mantiene la traiettoria interna e accompagna Rosberg praticamente fuoripista, proprio come aveva fatto a Suzuka. Il tedesco perde così la prima posizione e si vede superare anche da Kvyat e Ricciardo.
Nel frattempo arriva un preoccupante team radio di Raikkonen che chiede ai box "Perché non riesco ad usare il DRS?" e proprio in questo frangente viene superato da Verstappen e da Sainz, ma il finlandese riesce a recuperare la posizione sullo spagnolo dopo qualche curva e tenta anche un attacco su Verstappen, dovendo però riaccodarsi. Intanto Ricciardo si fa minaccioso alle spalle di Hamilton e nel corso del 15° giro riesce a superare il pilota della Mercedes facendo segnare anche il giro più veloce della gara. Hamilton viene raggiunto anche da Rosberg e i due arrivano ad un piccolo contatto.
Nel corso del 23° giro Rosberg riesce a superare Ricciardo e prendersi la testa della gara facendo segnare giri record uno dietro l'altro, mentre Hamilton e Vettel si sbarazzano di Kvyat e si mettono all'inseguimento di Ricciardo. Qualche giro più tardi Hamilton riesce a sbarazzarsi di Ricciardo e proprio negli stessi istanti Ericsson rimane fermo in pista e per questo entra in scena la Safety Car. Alcuni piloti ne approfittano per andare a cambiare gli pneumatici, tra loro anche Vettel che monta un set di gomme Medie, mentre i due piloti della Mercedes e i due della Red Bull sono rimasi in pista.
Ricciardo è in chiara difficoltà con le gomme e viene raggiunto da Hulkeberg che tentando il sorpasso gli finisce addosso e distrugge l'ala anteriore della sua Force India, finendo la sua gara a bordo pista e per questo la gara viene neutralizzata con la Virtual Safety Car. Rosberg rientra per il pit e monta un nuovo set di Soft, seguito da Kvyat che monta le Medie e Ricciardo che va sulle Soft. La Virtual Safety Car viene tolta e Hamilton rimane l'unico a non essere rientrato. Vettel, intanto, viene raggiunto da Rosberg e superato con facilità anche perché il tedesco può contare su un set di Soft nuove.
Nel corso del 43° giro torna in pista nuovamente la Safety Car a causa dell'incidente di Kvyat che perde il controllo della sua Red Bull dopo essere finito sull'erba sintetica e finisce per impattare contro il guard rail poco prima dell'entrata della pit lane. Una vera e propria fortuna per Lewis Hamilton che ne approfitta per effettuare il suo pit stop, seguito da Sebastian Vettel, ed entrambi scelgono le gomme Soft. La Safety Car rientra nel corso del 46° giro e Rosberg nuovamente cerca di allungare al massimo alla ripartenza, mentre Vettel si sbarazza in poche curve di Verstappen. Tre giri più tardi Rosberg finisce lungo alla curva 11 e lascia la testa della corsa a Hamilton, che la manterrà fino alla fine andando a realizzare così il suo sogno.
Gli ultimi giri trascorrono nell'attesa di Hamilton di passare sotto la bandiera a scacchi e quando finalmente taglia il traguardo, l'anglocaraibico può lasciarsi andare a tutta l'emozione che solo la vittoria di un mondiale può regalare: "È il momento più bello della mia vita. Grazie ragazzi per tutto quello che avete fatto" è il messaggio che lancia Hamilton ai suoi uomini prima di iniziare i festeggiamenti a suon di Champagne e maglie celebrative per un mondiale vinto meritatamente dopo tante vittorie e altrettante grandi gare.
Classifica del Gran Premio degli Stati Uniti
1 Lewis Hamilton Mercedes 1h50m52.703s
2 Nico Rosberg Mercedes +2.850s
3 Sebastian Vettel Ferrari +3.381s
4 Max Verstappen Toro Rosso +22.359s
5 Sergio Perez Force India +24.413s
6 Carlos Sainz Toro Rosso +25.619s
7 Jenson Button McLaren +28.058s
8 Pastor Maldonado Lotus +32.273s
9 Felipe Nasr Sauber +40.257s
10 Daniel Ricciardo Red Bull +53.371s
11 Fernando Alonso McLaren +54.816s
12 Alexander Rossi Marussia +1m15.277s
Ritirati
Daniil Kvyat Red Bull
Nico Hulkenberg Force India
Kimi Raikkonen Ferrari
Marcus Ericsson Sauber
Felipe Massa Williams
Romain Grosjean Lotus
Valtteri Bottas Williams
Will Stevens Marussia