Dopo il successo in Moto3, l'Italia festeggia anche in Moto2 grazie ad una strepitosa gara da parte di Mattia Pasini che torna a vince una gara dopo la splendida lotta del 2009 in 250 con Marco Simoncelli, proprio al Mugello. Il Paso corona uno splendido weekend con una delle vittorie più belle della sua carriera e con una dedica speciale a chi ha corso assieme a lui e portava il 58 sul cupolino. Alle spalle del numero 54 finiscono sul podio Thomas Luthi e Alex Marquez, mentre Franco Morbidelli si deve accontentare del quarto posto. 

Già dalla partenza, Pasini, mette in chiaro le cose mettendosi tutti dietro, Marquez e Morbidelli in primis. Oltre al Paso, anche Bagnaia è autore di una partenza fantastica che lo proietta in nona posizione dalla sedicesima casella. Il buco decisivo tra i primi quattro lo crea però Baldassarri che arriva alla Bucine troppo forte, aggrappandosi al freno e ne paga le conseguenze con un pesante highside in cui travolge anche l'incolpevole Nakagami. Dopo cinque giri di calma piatta, Marquez supera Pasini e i due provano a creare un gap tra loro e la coppia formata da Morbidelli e Luthi. Inizialmente riescono nel loro intento, ma Luthi passa il leader del mondiale e in un amen si riporta sotto i primi due, con Franco che comincia a cedere qualche metro conscio che l'importante è evitare un altro 0 nella classifica del mondiale. 

Ad otto giri dalla bandiera a scacchi Marquez e Luthi iniziano ad attaccare Pasini, ma l'italiano conosce bene il circuito toscano e li costringe ad andare sempre larghi alla prima curva per poi ributtarsi dentro. Luthi ci riprova e riesce a mettersi davanti, ma il Paso gli riserva il primo trattamento speciale con un sorpasso magistrale alla Casanova-Savelli in cui si riprende la prima posizione. Non va bene allo svizzero e allora ci prova anche lo spagnolo, ma a Marquez tocca lo stesso destino di Luthi: anche per lui è fatale la Casanova-Savelli. Pasini mantiene la prima posizione fino all'ultimo giro quando Luthi supera sia lui che il pilota Marc Vds alla prima curva, facendo scivolare il numero 54 in terza posizione. Il Paso però non si arrende: alla Casanova-Savelli infila nuovamente Marquez e alla prima Arrabbiata buca anche Luthi creandosi poi il gap decisivo al Correntaio che gli permette di vincere in maniera spettacolare la sua prima gara di Moto2. Alle sue spalle Luthi e Marquez, quarto Morbidelli poi Oliveira, Marini, Aegerter e Corsi con Bagnaia che cade all'ultimo giro segnando il primo zero in classifica.