Dani Pedrosa, da Repsol Honda Team, liderou à chegada da primeira curva, mas Jorge Lorenzo (Yamaha Factory Racing) passou para a frente pouco depois. Andrea Dovizioso (Monster Yamaha Tech 3) também passou Pedrosa nos momentos iniciais, enquanto Nicky Hayden (Ducati Team) e Stefan Bradl (LCR Honda MotoGP) lutavam pelo quarto posto.
Jorge Lorenzo, da Yamaha Factory Racing, venceu a corrida de MotoGP™ do Grande Prémio de Itália TIM, em Mugello, à frente de Dani Pedrosa e Andrea Dovizioso.
Stoner (Repsol Honda), o único a usar o pneu traseiro duro de construção especial, não logrou boa partida e teve de lutar para passar Héctor Barberá (Pramac Racing Team). Enquanto isso, Michele Pirro (San Carlo Honda Gresini) viu a bandeira preta por ter cortado caminho ao rumar às boxes com problema técnico. A 21 voltas do final Iván Silva (Avintia Blusens) foi à gravilha na Curva 1, mas voltou à corrida.
Duas voltas depois, Pedrosa estava totalmente em cima de Dovizioso, com Lorenzo a começar a isolar-se na frente. Valentino Rossi (Ducati) chegava a sétimo para deleite do público da casa, enquanto Hayden perdia contacto com Bradll para cair para quinto. Mas Rossi não estava a ter vida fácil, com Cal Crutchlow (Tech 3) à procura de forma de o passar. Mais atrás parecia que o companheiro de equipa de Lorenzo, Ben Spies, tinha problemas, sendo passado por Randy de Puniet (Power Electronics Aspar) para 11º.
A 15 voltas do final os pneus de Stoner chegaram à temperatura, com o australiano a conseguir passar Hayden para chegar a quinto. Um volta mais tarde Bradl efectuou corajosa manobra na Curva 1 para chegar a terceiro. Logo depois disto o grande drama, com Stoner a sair de pista; o australiano foi à gravilha, mas consegui regressar à corrida em décimo. Enquanto isso, o companheiro de equipa de Silva, Yonny Hérnandez, sofria queda quando rodava em 18º, mas saiu ileso. Colin Edwards (NGM Mobile Forward Racing) também via a corrida ficar mais curta ao desistir com problema mecânico.
A oito voltas do final o resto da grelha estava já muito separada, se bem que Crutchlow ainda estava em luta com Rossi, passando-o por breves instantes, mas o italiano não tardou a recuperar o sexto posto na recta da meta. Uma volta depois Stoner tinha apanhado Álvaro Bautista (San Carlo), que dificultou a vida ao australiano. Ainda assim, Stoner logrou passar após manobra mais agressiva, o que fez o espanhol alargar a trajectória.
As últimas três voltas foram muito emocionantes, com Dovizioso a passar Bradl na travagem para chegar a terceiro, enquanto Hayden e o a dupla perseguidora composta por Rossi e Crutchlow se aproximavam da luta pelo pódio. Stoner recuperava mais uma posição, passando Barberá para oitavo. Na última volta Hayden passou Bradl, que respondeu com manobra dura obrigando o americano a alargar a trajectória. Isto deixou espaço para Rossi passar para quinto, com Crutchlow também a tirar partido e a ascender a sexto.
Mas no final foi Lorenzo quem viu a bandeira de xadrez primeiro para conquistar a segunda vitória consecutiva na pista, à frente de Dani Pedrosa e Andrea Dovizioso, que garantiu o quarto pódio da época. Mas Bradl foi um dos pilotos mais felizes ao garantir o melhor resultado da categoria rainha com o quarto lugar. Rossi foi quinto, seguido de Crutchlow, Hayden, Stoner, Barberá e Bautista. A melhor CRT foi a de De Puniet, em 12º. Lorenzo conta agora com 19 pontos de vantagem sobre Pedrosa na frente do Campeonato e mais 37 que Stoner.
