Las bajas de los lesionados Jack Miller (Estrella Galicia 0,0 Marc VDS) y Andrea Iannone (Ducati) redujeron la parrilla a 20 pilotos, con la mitad de ellos españoles. Así las cosas, Lorenzo mantuvo la posición de privilegio que le otorgó la pole del sábado por delante de sus compañeros de fila, el italiano Valentino Rossi (Yamaha) y el español Maverick Viñales (Suzuki).
Mientras, el líder del Mundial, Marc Márquez (Repsol Honda), que en la salida perdía una posición en favor del italiano Andrea Dovizioso (Ducati), la recuperaba poco después para lanzarse a la caza de los tres primeros.
La lucha en la cabeza comenzaba a ser frenética; en la segunda vuelta, Rossi se metía por el interior y superaba a Lorenzo, antes de empezar a abrir hueco. Sin embargo, el balear a punto estuvo de devolverle la pasada poco después, pero tuvo que abrirse ante la maniobra del transalpino, entre la algarabía del público de Misano.
Viñales, por su parte, veía cómo Márquez aparecía como una exhalación para arrebatarle su puesto de podio, justo antes de que su compañero Dani Pedrosa (Repsol Honda) también se deshiciese del de Figueres.
El adelantamiento supuso el inicio del ataque del de Castellar del Vallès; sin excesivos problemas, pasó por delante de su compañero de equipo y, marcando vuelta rápida, también sobrepasó a Lorenzo. En el horizonte, 'Il Dottore'.
Con diez vueltas por delante, Pedrosa se centró en la primera posición, a la que ascendió en la vuelta 22. Sin ceder terreno, el catalán se dirigió hacia su primera victoria de la temporada -no ganaba desde Sepang en 2015- y se convertía en el octavo ganador distinto del año; así, volvía a ganar en Misano, algo que no conseguía desde 2010.
El podio lo completaron Rossi y Lorenzo, segundo y tercero respectivamente, mientras que el de Cervera fue cuarto y permitió que el transalpino le recortase siete puntos en el Mundial, aunque continúa con 43 de ventaja.
En cuanto al resto de españoles, Maverick Viñales (Suzuki), que partía tercero, terminó quinto, Pol Espargaró (Yamaha) fue noveno, Álvaro Bautista (Aprilia) décimo, Héctor Barberá (Ducati) decimotercero y Tito Rabat (Estrella Galicia 0,0 Marc VDS) decimoséptimo. Por otra parte, Aleix Espargaró (Suzuki) y Xavi Forés (Ducati) no pudieron terminar la carrera.
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