En seco, circunstancia poco habitual durante esta temporada, los pilotos de Moto3 volaban sobre Mugello sin miedo a luchar por la victoria, poniendo sus motos en paralelo. Como una carrera típica en esta categoría y a pesar de que rápidamente el malayo Zulfahmi Khairuddin (KTM) intentó escaparse al inicio, se formó una hilera de pilotos.

Viñales, que partía desde la cuarta posición, dejó la cabeza de carrera a sus compatriotas Efrén Vázquez (FTR Honda) y Álex Rins (Suter), que intercambian la primera posición giro a giro junto al local Fenati, que se sumó a la fiesta ante su público. Por su parte, Cortese optó por la estrategia de Maverick y estudiaba la carrera al rebufo, mientras que el británico Danny Kent (KTM) apuraba sus opciones.

A falta de diez vueltas para el final, el grupo se rompió y siete pilotos se escaparon para intentar ocupar las tres plazas de podio y vencer en la pista italiana. Aunque los locales Fenati y Niccolò Antonelli (FTR Honda) se esforzaron para tratar de triunfar en casa, cuando el final de la carrera se acercaba Viñales atacó y aumentó el ritmo.

Sin embargo, aunque trató la escapada, Cortese cogió la rueda del español y Fenati se enganchó por su parte a la del alemán. Así, el trío de pilotos abrió brecha con el resto y dejó la victoria en cosa de tres. Con el campeonato en juego, el italiano fue el artista invitado a la lucha cuerpo a cuerpo que Viñales y Cortese mantienen esta temporada.

Así, la victoria quedó para una última vuelta de infarto con los tres pilotos echando el resto sin guardarse nada en la recámara. Con el español liderando y cerrando la puerta giro a giro, el primer cajón del podio se decidió sobre la línea de meta, en donde finalmente la Honda de Viñales se impuso. Cortese, tercero, fue superado por Fenati y el alemán ve reducida la distancia en la general hasta los nueve puntos.

En cuanto al resto de españoles, la mala noticia la protagonizó Luis Salom (Kalex KTM), con problemas en su moto durante todo el fin de semana, que echó por tierra gran parte de sus opciones de pelear por el campeonato al irse al suelo en la vuelta tres, llevándose por delante además a su compatriota Alberto Moncayo (Kalex KTM).

Por su parte, finalmente Vázquez terminó sexto y Rins séptimo, mientras que Héctor Faubel (Kalex KTM) cruzó la meta en décima posición. Adrián Martín (FTR Honda) terminó decimotercero e Isaac Viñales (FTR Honda) decimonoveno.