Den besten Start erwischte Dani Pedrosa vor Repsol Honda-Teamkollege Casey Stoner. Lorenzos Teamkollege Ben Spies folgte an dritter Stelle vor Andrea Dovizioso (Monster Yamaha Tech 3), Stefan Bradl (LCR Honda MotoGP) und den Ducati Team-Piloten Nicky Hayden und Valentino Rossi.
In der zweiten Runde ging die Unglücksserie weiter und es kam zum Super-GAU für die deutschen Fans, als Stefan Bradl, an vierter Position liegend, stürzte und erstmals in diesem Jahr frühzeitig aus einem Rennen ausschied. Gleichzeitig fuhr Hayden in der letzten Kurve gerade aus ins Kies, konnte aber sitzenbleiben und ins Rennen zurückkehren.
Als die Hondas an der Front begannen, einen kleinen Vorsprung herauszufahren, gingen die Stürze im hinteren Feld weiter, mit Yonny Hernandez (Avintia Blusend), der sein Rennen im Kiesbett beendete. Mit 19 verbleibenden Runden ging Andrea Dovizioso (Monster Yamaha Tech 3) an Spies vorbei, um sich im Kampf um den letzten Podiumsplatz an dritte Stelle zu setzen. Doviziosos Teamkollege Cal Crutchlow, der nach einem Ausweichmanöver am Start an neunter Position lag, versuchte unterdessen an den Ducatis von Hayden, Valentino Rossi und Héctor Barberá (Pramac Racing Team) vorbeizukommen.
In der gleichen Runde musste Colin Edwards (NGM Mobile Forward Racing) aufgrund von mechanischen Problemen aufgeben. 14 Runden vor Rennende verwies Crutchlow in der Gruppe, die um den fünften Platz kämpfte, Barberá auf die achte Position, während Spies gleichzeitig zu Dovizioso auf Platz drei aufholte. Wenige Runden später führte Crutchlow seine Aufholjagd erfolgreich fort, indem er Rossi auf Platz sechs überholte und einige Runden später auch Hayden hinter sich ließ.
Aleix Espargaró (Power Electronics Aspar) schied 11 Runden vor Ziel aus und begrub seine Hoffnungen auf eine Top-CRT-Platzierung. Nur eine Runde später fuhr auch Valentino Rossi in die Boxengasse, da ein Stück vom Hinterreifen fehlte. Der Reifen wurde gewechselt und der Italiener kehrte zurück ins Rennen. In der Zwischenzeit machte Stoner seinen Zug gegen Pedrosa und übernahm die Führung im Iveco TT Assen.
Sechs Runden vor Ziel wurden die Hondas scheinbar etwas langsamer, doch der Vorsprung zu Spies betrug bereits ganze sieben Sekunden. Weiter hinten konnte Barberá geradeso einen Sturz verhindern, als er mit Hayden um Platz sechs kämpfte. Dovizioso und Spies duellierten sich unterdessen um den dritten Podiumsplatz. Doch der Italiener zog mit einem gekonnten Manöver in Kurve eins erneut am Texaner vorbei.
Am Ende überquerte Stoner als Sieger die Ziellinie, um punktgleich mit Lorenzo an der Spitze der MotoGP-Weltmeisterschaft zu stehen. Pedrosa wurde Zweiter und Dovizioso holte sich nach Catalunya einen weiteren Podiumsplatz in diesem Jahr.
Dahinter folgten Spies, Crutchlow, Hayden, und Barberá, während das CRT-Kontingent von zahlreichen Stürzen profitierte und Espargarós Teamkollege De Puniet Platz acht erzielte vor Michele Pirro (San Carlo Honda Gresini) und Mattia Pasini (Speed Master) auf den Plätze neun und zehn. Rossi beendete das Rennen noch auf Platz 13, 0,002 Sekunden vor James Ellison (Paul Bird Motorsport). Karel Abraham (Cardion AB Racing) war im Rennen nicht dabei, da sich seine Handverletzung als zu schwerwiegend für eine Rennteilnahme erwies.