Daniel Pedrosa completa un vero e proprio capolavoro, tornando a vincere sul circuito di Misano Adriatico e portando a casa il Gran Premio di San Marino. Secondo gradino del podio per Valentino Rossi, il quale rosicchia ancora qualche punto a Marc Marquez, giunto in quarta posizione alle spalle anche di un ritrovato Jorge Lorenzo.
La gara parte con un Rossi scatenato che sorpassa Lorenzo alla prima curva, mentre Marquez e Viñales si contendono la terza posizione inseguiti da Dovizioso. Il ducatista, così come il vincitore di Silverstone, iniziano pian piano a rinculare, favorendo la fuga del leader del mondiale in direzione dell'accoppiata Yamaha in testa alla corsa, mentre da dietro inizia a segnalarsi un Pedrosa molto in forma e costante sul piano cronometrico. Così accade che Marquez si avvicina ma non riesce a sorpassare Lorenzo, mentre Valentino inizia ad allungare il proprio vantaggio oltre il secondo sul tandem iberico. Un tandem che molto presto diventerà un tridente, visto che Pedrosa aggancia il suo compagno di box e lo scavalca senza troppi problemi, approfittando di una gomma più morbida sull'anteriore.
Una volta sorpassato Marquez, Pedrosa mette nel mirino un Lorenzo che continua ad essere costante, ma non abbastanza da tenere il ritmo di Rossi. Un qualcosa che un Dani così non può permettersi. Così arriva anche il secondo sorpasso del numero 26 ai danni di un suo connazionale, con il secondo posto ormai assicurato e un Valentino che continua ad avere un ritmo, ma che al tempo stesso vede avvicinarsi il vecchio rivale di tante battaglie. Pedrosa non si ferma mai, mentre nel frattempo Lorenzo e soprattutto Marquez perdono un po' di smalto, forse accontentandosi delle rispettive posizioni. A otto giri e mezzo dalla fine arriva l'attacco decisivo di Dani ai danni di Vale: la curva gialla si spegne un po', ma capisce che anche il secondo posto è un buon piazzamento. Il timido tentativo di rientro viene subito spento da Pedrosa, il quale può tornare a volare e a sognare.