Noch vor Beginn zum finalen Rennen der MotoGP?-Klasse, das von der Rennleitung zum Regenrennen erklärt wurde, ging es hektisch zu, als Cal Crutchlow (Monster Yamaha Tech 3), Nicky Hayden (Ducati Team), Àlvaro Bautista (San Carlo Honda Gresini) und Dani Pedrosa nach der Aufwärmrunde in die Boxengasse zurückfuhren, um von dort aufgrund der abtrocknenden Strecke mit ihrem Zweitmotorrad, das mit Slicks ausgestattet war, ins Rennen zu starten.
Einzig und allein Jorge Lorenzo (Yamaha Factory Racing), dessen Teamkollege Nakasuga und Stefan Bradl (LCR Honda MotoGP) hatten sich bereits zuvor für die weichere Option Slickreifen entschieden, alle anderen Piloten für die harten Regenreifen. So kam es dazu, dass CRT-Pilot Aleix Espargaró (Power Electronics Aspar) das Rennen nach dem Start vor Héctor Barberá (Pramac Racing Team) und Valentino Rossi (Ducati Team) anführte. Doch Lorenzos Reifenwahl erwies sich als die bessere, denn der WM-Leader holte mit deutlich schnelleren Rundenzeiten als der Rest von hinten auf.
Pedrosa arbeitete sich durch das Feld, während viele Fahrer, darunter auch Stoner (Repsol Honda Team), Barberá und Andrea Dovizioso (Monster Yamaha Tech 3), in die Boxengasse kamen, um auf ihr Zweitmotorrad mit Slickreifen zu wechseln.
Nach vier Runden fielen Ivan Silva (Avintia Blusens) und Hayden den Bedingungen zum Opfer und stürzten aus dem Rennen. Eine Runde später übernahm Lorenzo die Führung. Stefan Bradl (LCR Honda MotoGP) befand sich in Runde sechs bereits auf Position vier, als auch Pedrosa und Katsuyuki Nakasuga (Yamaha Factory Racing) zu den Plätzen zwei und drei aufgeholt hatten. Als eine Runde später Roberto Rolfo (Speed Master) zu Boden ging, klebte Bradl bereits am Hinterrad des Japaners und zog schließlich kurz darauf vorbei, um sich 22 Runden vor Schluss auf die dritte Position zu setzen.
Dies hielt allerdings nicht lange an, als der deutsche MotoGP-Rookie eine Runde später unsanft zu Boden ging und für ihn somit in Valencia, wo er noch nie ein Rennen beenden konnte, das vorzeitige Aus kam.
18 Runden vor Schluss hatte Lorenzo einen heftigen Rutscher und Pedrosa hatte somit plötzlich zu dem Weltmeister aufgeholt. Dieser Vorteil nützte dem Repsol Honda-Piloten jedoch nicht viel, denn nur eine Runde später konnte er selbst einen Slide geradeso abfangen und sein Rückstand war wieder auf vier Sekunden angestiegen.
Noch in derselben Runde allerdings verlor Lorenzo, beim Versuch, an James Ellison (Paul Bird Motorsport) vorbeizugehen, die Kontrolle über sein Vorderrad und ging per gewaltigen Highsider zu Boden. Somit ist Valencia das nur zweite Rennen der Saison, neben Assen, dass der diesjährige Weltmeister nicht beenden konnte. Pedrosa übernahm dadurch die Führung des letzten Saisonrennens, während Crutchlow mit über 22 Sekunden Rückstand an zweiter Stelle folgte.
12 Runden vor Schluss stürzte Barberá, nur eine Runde später ereilte Claudio Corti (Avintia Blusens) dasselbe Schicksal, während Espargarós Teamkollege Randy De Puniet ins Kiesbett fuhr.
Als es den Anschein machte, dass sich die Situation etwas entspannt hätte, war auch für Crutchlow, der zu diesem Zeitpunkt an zweiter Stelle lag, sieben Runden vor Schluss das Rennen durch einen Sturz vorbei. Dadurch rutschte Bautista auf den dritten Platz, während Stoner bereits von Platz vier hinter ihm aufholte und eine Runde vor Schluss entlang der Start-Ziel-Geraden an dem Spanier vorbeizog.
Am Ende überquerte Pedrosa als Sieger die Ziellinie, um sich seinen siebten Saisonsieg zu sichern. Hinter ihm auf Platz zwei folgte Nakasuga, der bei seinem zweiten Wildcard-Einsatz sein erstes Podium feierte, während Stoner seine GP-Karriere mit einem dritten Platz beendete. Vierter wurde Bautista, gefolgt von Teamkollege Michele Pirro, Dovizioso, Karel Abraham (Cardion AB Racing), Danilo Petrucci (Came IodaRacing Project), Ellison und Valentino Rossi. Espargaró wurde Elfter und sicherte sich damit die Top-CRT-Auszeichnung der Saison, während Bautista seinen fünften WM-Rang verteidigen konnte.
