Aunque partía en una situación muy retrasada en parrilla, Rossi salió a por todas tratando de ganar posiciones rápidamente en la primera curva. Sin embargo, Valentino se vio encerrado en medio del grupo. Le llevó al menos una vuelta encontrar su ritmo ideal, rebasando para ello a Danilo Petrucci, primero, y a Aleix Espargaró, más tarde, hasta ubicarse en la sexta plaza.
Fue entonces cuando el italiano sacó la casta y se fue a por la victoria. Por el caminó se tropezó con algunos pilotos, a los que fue despachando paulatinamente no sin dificultad. Primero lo hizo con Andrea Iannone, después con Cal Crutchlow y finalmente Andrea Dovizioso. Esta criba le dejó en segunda posición con un objetivo en el horizonte: Marc Márquez. Parecía una tarea irrealizable ya que le separaban más de cuatro segundos respecto a Márquez.
Pero de la chistera Valentino extrajo sus mejores recursos. Con un pilotaje de manual, el nueve veces campeones del mundo sacó el martillo y fue golpeando vuelta a vuelta, mejorando de forma increíble su ritmo, hasta que prendió a Márquez a falta de dos vueltas. Con el delirio en las gradas de Termas el italiano se creció aún más y quiso completar una de sus mejores obras maestras. Vale adelantó a su rival y éste le devolvió la maniobra poco después. Pero Márquez no cedió y en su empuje tocó con la rueda delantera a Valentino que consiguió salvar la situación mientras que el de Honda se fue al suelo. Rossi se quedó solo en adelante, hasta que divisó la bandera de cuadros, firmando una extraordinaria victoria.
Su compañero, Jorge Lorenzo, sufrió, en cambio, más de lo previsto. Rápido Jorge atacó en la salida y se hizo hueco entre los pilotos de cabeza, aunque tuvo que fajarse con Aleix Espargaró por la segunda plaza para intentar dar caza a Márquez. La fogosidad del mallorquín se vio frenada entonces por el neumático trasero más duro, que le impidió rodar como pretendía y con el que mantuvo un ritmo más lento de lo previsto. Al final, Jorge hubo de resignarse con un quinto puesto que le sabe a poco.
La victoria de Valentino le permite seguir redondeando unas cifras históricas. Rossi alcanza el triunfo 110 de su carrera, el número 51 con Yamaha, y el podio número 199.
Este resultado le deja aún más líder de la general, con 60 puntos, seis por encima de Dovizioso, que es segundo. El equipo Movistar Yamaha MotoGP lidera también la clasificación de equipos, con 103 puntos, y la de constructores, con 66 puntos.
Por su lado, el quinto puesto de Lorenzo le otorga 11 puntos que le sitúan cuarto en la clasificación con 37 puntos, uno por delante de Márquez.