Lorenzo sumó una clara y contundente quinta victoria de la temporada en Mugello, que inexcusablemente se debe unir a la segunda plaza de Dani Pedrosa (Honda RC 213 V), su único rival durante la primera parte de la carrera, y la mala actuación de Casey Stoner (Honda RC 213 V), octavo, con lo que aumenta su ventaja en la clasificación provisional del mundial.

Cuando se apagó el semáforo y haciendo honor a su particular habilidad en ese instante, fue Dani Pedrosa quien se colocó primero, pero al llegar a final de recta se pasó un poco de frenada y ese error lo aprovechó Lorenzo para ponerse al frente de la carrera y ahí se acabó la misma, pues aunque hubo algunas aproximaciones de Pedrosa, el ritmo del piloto de Yamaha al final resultó inalcanzable para todos sus rivales.

El australiano Casey Stoner (Honda RC 213 V), quinto en los entrenamientos, no mejoró demasiado ni en los libres matinales ni tampoco en la carrera, en la que rodó en un poco usual segundo grupo junto a Valentino Rossi (Ducati Desmosedici), Héctor Barberá, el británico Cal Crutchlow (Yamaha YZR M 1) o el estadounidense Ben Spies (Yamaha YZR M 1) y su enfado al final era "monumental".

Stoner montó el nuevo neumático trasero de Bridgestone que, al parecer necesita unas doce vueltas para trabajar a pleno rendimiento, pero para entonces la ventaja de Lorenzo al frente de la carrera era de más de cuatro segundos y, con lo que no contaba tampoco el australiano presionado por la situación era con salirse de pista y acabar en una más que discreta octava posición.

El italiano Andrea Iannone (Speed UP) consiguió ser "profeta en su tierra" y logró la victoria en Moto2 a pesar de que el español Pol Espargaró (Kalex) protagonizó una correosa actuación que le llevó hasta el segundo peldaño del podio después de ser el más rápido de entrenamientos.

Espargaró supo olvidarse del dolor de la caída de entrenamientos y que dañó su tobillo derecho para lograr el mejor tiempo y ser uno de los protagonistas y líder de la carrera de Moto2, en la que Marc Márquez (Suter) no pudo pasar de la quinta posición, su peor resultado de la temporada tras la caída de Francia.

Al final se pudo saber que tanto Espargaró como Márquez tuvieron problemas, el primero al apurar demasiado los neumáticos en la primera parte de la carrera y que le provocó varios sustos al final, el segundo con un preocupante rebote de la parte trasera de su moto que casi le hizo caer. Márquez continúa siendo líder del mundial con 163 puntos, mientras que Pol Espargaró logró recortar nueve puntos su diferencia con el piloto de Suter para sumar un total de 129 puntos.

Maverick Viñales (FTR Honda) doblegó por apenas veinte milésimas de segundo al italiano Romano Fenati (FTR Honda) al final de la prueba de Moto3, en la que el alemán Sandro Cortese (KTM), líder del mundial, acabó relegado a la tercera posición.

Con esta victoria, la quinta de la temporada, Maverick Viñales ha logrado recortar nueve puntos la ventaja que tenía Cortese sobre él, ahora con 164 puntos, por los 155 del español.