Andrea Dovizioso concede un meraviglioso bis e va a trionfare in casa degli spagnoli, dopo averlo fatto davanti ai propri tifosi. Dopo il Mugello, il Montmelò per il Gran Premio di Catalogna che viene vinto con merito e con una grande tattica dall'azzurro in sella alla Ducati, che ora insidia anche la prima posizione nella classifica mondiale. Ritardo in singola cifra nei confronti del leader Maverick Viñales, che limita i danni nei giri finali e si piazza in decima posizione, appena dietro a Valentino Rossi che conferma le difficoltà della Yamaha ufficiale nelle piste calde e senza grip. A completare il podio, allora, ci pensa la Honda ufficiale con Marc Marquez che precede Dani Pedrosa e conquista punti pesanti, così come il suo compagno di box, proprio in ottica classifica iridata. Un vero e proprio pacchetto di mischia. Jorge Lorenzo è quarto dopo aver illuso tutti nei primi giri, mentre va giù nel finale Danilo Petrucci.
Allo start è praticamente perfetto Pedrosa così come Lorenzo che evita contatti di ogni sorta. Diversa invece la partenza di Petrucci, che si va a toccare pesantemente con un Marquez particolarmente caldo, così com'è molto caldo Bautista al pari di Aleix Espargaro. Pessima invece la prima tornata per le due Yamaha ufficiali: Valentino Rossi mantiene la tredicesima posizione in bagarre con Zarco, mentre Viñales è addirittura ai margini della zona punti, così come Andrea Iannone. Prima di arrivare sul traguardo c'è il sorpasso di Lorenzo su Pedrosa, mentre Dovizioso è ottimo quarto e si segnala anche l'ottimo inizio di gara di Folger, che si trova in quinta piazza. Dalle retrovie c'è un Rossi che recupera, aggancia la Top Ten e inizia ad intravedere la coda del gruppo di testa, un po' sgranato ma comunque abbastanza compatto. All'improvviso, però, si scatenano le Honda: prima Marquez e poi Pedrosa attaccano e sorpassano Lorenzo, che nel giro di poche curve perde anche un piazzamento sul podio per via del sorpasso di Dovizioso. È in crisi il campione del mondo 2015, che perde tanto contatto dagli uomini di testa e viene passato anche dall'ottimo Folger e da un Danilo Petrucci che non molla la presa.
Così c'è il tandem della Honda che comanda, ma Dovizioso sembra decisamente caldo e si mette in mezzo tra Pedrosa che guida tutti quanti e un Marquez che ora all'improvviso si trova al terzo posto. Più indietro continua la crisi di un Maverick Viñales che rimane ai margini della zona punti, mentre Valentino Rossi inizia ad intravedere la Top Five, così come fa un Bautista in buone condizioni con le sue gomme. Restano agganciati Folger e Petrucci, ma lo spettacolo vero lo danno i tre che guidano la classifica: è evidente l'intenzione da parte di Dovizioso di restare lì a studiare Pedrosa, consapevole del fatto che la gara è lunga, mentre Marquez riesce a tenere il passo del tandem di testa, senza aver però margine per attaccare. La fase di studio, tuttavia, non consente a Folger e Petrucci di mantenere la coda del campione del mondo, più indietro si registra una bella risalita da parte di Zarco che approda in settima posizione e fiuta gli scarichi di Bautista.
A nove giri dalla fine Dovizioso rompe gli indugi, forse trovando la porta aperta da Pedrosa, che da preda dell'azzurro vuole diventare cacciatore. Tuttavia, il ducatista non intende cadere nel tranello del padrone di casa e riesce ad allungare leggermente così com'è avvenuto al Mugello. A questo punto non può non buttarsi dentro anche Marquez, ma nel frattempo il ritardo dal leader si avvicina al secondo. Alle spalle di chi si gioca il podio ci sono tre piloti che danno spettacolo: Zarco, Bautista e un Lorenzo che si affida più all'orgoglio si sfidano per le posizioni dalla sesta all'ottava, mentre Valentino Rossi alza nettamente il suo ritmo ed è lontanissimo. In mezzo c'è un ottimo Danilo Petrucci che attacca e passa Folger per la quarta posizione, anche se risale alla grandissima Lorenzo che li passa entrambi e si mette ai piedi del podio. A due giri e mezzo dalla fine purtroppo cade l'azzurro sulla Ducati clienti, ma la Desmo può trionfare con un Dovizioso meraviglioso. Un Dovi che ora sogna il Mondiale...