Miguel Oliveira trionfa in uno spettacolare GP d'Italia tra le pieghe del Mugello, dove va in scena uno spettacolo davvero gradevole, fatto di duelli e carenate che tengono con il fiato sospeso fino all'ultima curva. Il portoghese parte a fionda e si tiene sempre in zona podio e, sfruttando la caduta di Pasini, si porta in testa. Si apre il duello con Lorenzo Baldassarri, che negli ultimi 8 giri regalano un grandissimo spettacolo: il Balda deve arrendersi solo all'ultimo giro, a causa di un errore in uscita dalla San Lorenzo, la quale permette al portoghese, protagonista di una gara da fenomeno, di portare a casa la vittoria finale.

Il podio lo completa un ottimo Joan Mir, che al secondo podio consecutivo dimostra di non aver alcun timore referenziale nei confronti dei colleghi più esperti, come dimostrano i sorpassi sul compagno Alex Marquez e su Pecco Bagnaia, all'ultimo giro, che relega il leader iridato ai piedi del podio in una gara di sofferenza per lui. 5° Alex Marquez, che resiste un paio di giri e poi naufraga lontano dai primi mostrando qualche limite, anche rispetto al più giovane compagno di team, mentre alle sue spalle fa bene Brad Binder, 6° in rimonta davanti agli italiani Luca Marini e Andrea Locatelli, finalmente tornato a buoni livelli nella gara di casa. 9° Vierge e 10° Simone Corsi, alla sua gara #250 nel motomondiale.  

Sfortuna nera per Romano Fenati e, soprattutto, per Mattia Pasini, con il primo che deve mollare a causa di un infortunio al braccio, mentre il secondo deve dire addio ai sogni di bis, a causa di una caduta alla San Donato a 9 giri dalla fine. Giù anche gli ex-MotoGp Sam Lowes e Hector Barbera, così come Stefano Manzi, caduto alla Luco quando era in zona punti. 

LA GARA - Si spengono i semafori e via, con Marcel Schrotter che si fionda in testa, mentre Pasini parte un po' a rilento e viene risucchiato dal gruppo. La gara di Schrotter dura 2 curve, perchè tra la Luco e il Poggio Secco parte l'anteriore e il tedesco saluta la compagnia, lasciando il via libera ad Alex Marquez, che prende la testa, marcato da Pecco Bagnaia e Miguel Oliveira, con Romano Fenati e Mattia Pasini a seguire. Il primo giro si conclude così, con Marquez, Oliveira e Bagnaia che arrivano appaiati alla San Donato, mentre il piemontese dello Sky Racing Team si infila e passa in testa; poco dopo Pasini inventa e alla Casanova-Savelli salta anche Fenati, su cui piomba Joan Mir. Si va avanti così e sul traguardo Bagnaia e Oliveira sono fianco a fianco, con il portoghese della KTM che entra alla San Donato; Bagnaia non forza la staccata, mentre Pasini cuce un leggero buco su Marquez e si riporta in lotta per il podio, che subito si va a prendere, mettendosi davanti allo spagnolo della Estrella Galicia, che non può opporre resistenza. 

Pasini salta addosso ai primi due, ma iniziano le scintille anche alle sue spalle, con Romano Fenati che morde sul codone di Alex Marquez, mentre Joan Mir prova a minacciare il "Cacciabombardiere". Nemmeno il tempo di rifiatare che Mattia Pasini salta anche Bagnaia, prima, e Oliveria, poi, alla San Donato, dove il più deciso è Joan Mir, che attacca e supera in un solo colpo Fenati e Marquez, con Baldassarri che come un falco ne approfitta e quasi salta entrambi, salendo al 6° posto. Si arriva ancora sul rettilineo principale, Miguel Oliveira salta Pasini, che subito restituisce il favore alla Savelli e prova il tirone; il portoghese regge il colpo e alla San Donato, dopo un altro giro, si infila su Pasini, che dà lezione e cuce alla perfezione la Poggio Secco, infilandosi e tornando in testa. 

A 14 giri dalla conclusione, alla San Donato, Oliveira ci prova, ma Pasini risponde e si tiene in testa, mentre Baldassarri e Marquez fanno a sportellate. Bagnaia non vuole far scappare Pasini e alla Savelli entra fortissimo e supera il portoghese della KTM, che prova a restituire il favore sul rettilineo, ma Pecco risponde e si tiene la seconda posizione, mentre Lorenzo Baldassarri inizia a martellare e supera anche Mir, avvicinandosi al trio di testa. Si ritira, intanto, Romano Fenati a causa di un problema al braccio; davanti continuano a beccarsi, il portoghese prova ancora ad entrare su Bagnaia, che risponde e si rimette davanti. Il centauro lusitano deve rimandare il discorso di un solo giro, perché ancora una volta, entra alla staccata della prima curva, con il piemontese che apre la traiettoria e non riesce a rispondere, anzi subisce anche l'attacco dell'amico Baldassarri, il quale lo infila e va a caccia di Oliveira. 

Tutti sono al limite, con Mattia Pasini che spinge forte, ma a 8 giri dalla fine, ecco la beffa: il romagnolo entra, come solo lui sa, alla San Donato, ma qualcosa va storto e la moto si chiude, lasciando nella ghiaia il pilota dell'ItalTrans. Oliveira passa davanti, ma a tenere alto il tricolore ci prova Baldassarri, che come un falco punta il codone della KTM, provando prima alla Savelli e poi fiondandosi dentro alla San Donato; Balda passa e prende la testa, mentre dietro soffre un pelino Begnaia, con Mir e Marquez che si avvicinano. Davanti si scatenano, ma il problema per il leader iridato si chiama Estrella Galicia, con i due rider iberici che saltano sull'italiano. Il duello per la prima posizione inizia a regalare spettacolo, con i due che si danno continui botta e risposta, mentre Bagnaia risale e inizia a chiudere il gap, che sul traguardo è di 7 decimi. 

Il tempo di un paio di curve, che Baldassarri ripassa davanti e Bagnaia che ricuce sui primi due, con Mir che si tiene a pochi decimi, mentre molla Alex Marquez. Spettacolare sorpasso e controsorpasso tra i primi due, con Balda che entra alla Casanova, il portghese risponde a centro curva, ma Baldassarri si inventa un super-sorpasso all'esterno della Savelli, ma ormai è rientrato davanti anche Mir. Si arriva all'ultimo giro, Baldassarri è davanti, Oliveira è 2°, davanti a Bagnaia e Mir, che lo passa all'interno della San Donato. E' un ultimo giro di fuoco, con Baldassarri che quasi vola in entrata alla Casanova, dove si infila Oliveira e dietro Bagnaia prova su Mir, che risponde e chiude la porta. 

Nel finale, non succede nulla, con Miguel Oliveira che taglia il traguardo davanti a tutti e festeggia la seconda vittoria personale al Mugello. 2° Lorenzo Baldassarri, davanti a Joan Mir, bravissimo e furbo a buttarsi dentro su Pecco Bagnaia ad un giro dalla fine, con il leader iridato, che è 4°, davanti al solito fantasma di Alex Marquez, che chiude 5°e staccatissimo. 6° è Brad Binder, che risale dal centro del gruppo e chiude in Top10, con la seconda KTM ufficiale, davanti agli italiani Luca Marini e Andrea Locatelli, protagonista di una super-prestazione in quel del Mugello. 9° Xavi Vierge, con Simone Corsi che alla 250a gara nella classe di mezzo chiude la Top10. 

Gara sfortunata per gli altri italiani, con Stefano Manzi costretto al ritiro, al pari degli sfortunatissimi Romano Fenati e Mattia Pasini, che avrebbe potuto portare a casa il secondo trionfo.