Jorge Lorenzo erwischte den besten Start aus der ersten Reihe und setzte sich vor Dani Pedrosa, der ebenfalls an Polesitter Marc Marquez vorbeigehen konnte, in Führung. Dahinter kam Bradley Smith aus Reihe drei auf den vierten Rang nach vorne und ordnete sich vor seinem Teamkollegen Cal Crutchlow ein. Bereits beim ersten Überfahren der Ziellinie überholte Crutchlow seinen jüngeren Landsmann jedoch wieder. Das Rennen von Wildcard-Pilot Blake Young dauerte nicht einmal eine Runde, er kam bereits im ersten Umlauf zu Sturz und musste aufgeben.

An der Spitze konnte sich das spanische Trio mit Lorenzo, Pedrosa und Marquez nach einigen Runden bereits etwas absetzen. Dahinter fuhr Crutchlow, der gehörig unter Druck von Alvaro Bautista geriet, der zu diesem Zeitpunkt die schnellsten Zeiten im Feld fuhr. In der neunten Runde ging Marquez an seinem Teamkollegen Pedrosa vorbei und machte sich auf die Jagd nach Lorenzo. Auch Alvaro Bautista überholte Cal Crutchlow.

In Runde 13 saugte sich Marquez auf der Start-Ziel-Geraden an Lorenzo heran und presste sich in Kurve zwei am Weltmeister vorbei. Dieser konnte die Pace des WM-Leaders jedoch mitgehen, ebenso wie Pedrosa auf Rang drei. Crutchlow ging unterdessen wieder an Bautista vorbei auf Platz vier. Zehn Umläufe vor Ende machte Marquez jedoch ernst und fuhr einen neuen Rundenrekord am Indianapolis-Motor-Speedway, womit er seinen Vorsprung auf rund sieben Zehntel ausbauen konnte. In der selben Runde beging Crutchlow einen Fehler, weshalb Bautista wieder durchschlüpfen konnte.

In der nächsten Runde legte Marquez nach und unterbot seinen Rundenrekord erneut und schraubte den Abstand auf Lorenzo auf über eine Sekunde. Marquez' Verfolger waren nun nicht mehr in der Lage, sein Tempo mitzugehen und schon bald war der Rookie um mehr als zwei Sekunden enteilt.

Dahinter tobten jedoch die Zweikämpfe zwischen Jorge Lorenzo und Dani Pedrosa, Cal Crutchlow und Alvaro Bautista beziehungsweise Stefan Bradl und Valentino Rossi. Der Doktor ging mit noch sechs zu fahrenden Runden am LCR-Honda-Piloten vorbei und setzte sich auf Rang sechs. Einen Umlauf später überholte Crutchlow einmal mehr Bautista. Rossi fuhr in dieser Phase des Rennens hervorragende Zeiten und konnte zu Crutchlow und Bautista aufschließen. Dieser ging aber wieder an Crutchlow vorbei, nur um eine Runde später wieder dem Spanier Platz machen zu müssen.

Zwei Runden vor Schluss spitzte sich der Kampf um Rang zwei zu, als Pedrosa auf Start-Ziel Jorge Lorenzo kassierte. Rossi ging im selben Umlauf an Bautista vorbei und hatte nun seinen Yamaha-Kollegen Crutchlow im Visier. In der letzten Kurve überholte Routinier Rossi noch Crutchlow mit einem großartigen Manöver. Für Aufregung sorgten auch die beiden Ducati-Piloten Nicky Hayden und Andrea Dovizioso. Hayden drückte sich in der letzten Kurve an seinem italienischen Teamkollegen vorbei, beide konnten die Linie jedoch nicht halten und holperten über den Curb. Sie lieferten sich ein Duell bis zur Ziellinie, das Hayden für sich entscheiden konnte, doch Bradley Smith schoss mit großem Geschwindigkeitsüberschuss an beiden vorbei und sicherte sich um 11 Tausendstel den achten Rang hinter Stefan Bradl.

Marc Marquez fuhr seinen Sieg ungefährdet nach Hause. Der Repsol-Honda-Pilot sicherte sich seinen dritten Erfolg in Serie und baute seine WM-Führung somit auf. Dani Pedrosa wurde Zweiter und Jorge Lorenzo landete auf Rang drei. Marquez führt die Weltmeisterschaft nun mit 21 Zählern Vorsprung auf seinen Teamkollegen Pedrosa und 35 Punkten vor Weltmeister Lorenzo an.