Bei besten Bedingungen starteten die Moto3 Piloten in Mugello das erste Rennen des Tages. Den sechsten Saisonlauf entschied Romano Fenati nach 20 Runden haarscharf für sich. 0.010 Sekunden dahinter berührte Isaac Vinales gleichzeitig mit Alex Rins die Ziellinie. Die letzte Runde entschied - wie die Rennleitung nach Videobeweis festlegte - dass Vinales vor Rins Zweiter wurde. WM-Leader Jack Miller stürzte in der letzten Runde.

Noch vor dem Start hatte Bryan Schouten Probleme mit seiner Maschine. Der Niederländer kam in der Aufwärmrunde nicht vom Fleck und musste daraufhin aus der Boxengasse starten. Jack Miller kam beim Start am besten weg, aber Pole-Mann Alex Rins bog vor dem Australier, Romano Fenati, Jakub Kornfeil und Alexis Masbou in die erste Kurve ein. Alex Marquez fuhr noch in der ersten Runde an Masbou und Kornfeil vorbei auf Rang vier und schnappte sich nur wenig später auch Miller, Fenati und Rins.

Hinter der Sechserkampfgruppe an der Spitze komplettierten John McPhee, Enea Bastianini, Francesco Bagnaia und Niccolo Antonelli die vorrübergehenden Top-10 vor Efren Vazquez, der nach einem Frühstart aber eine Durchfahrtsstrafe antreten musste. Luca Grünwald lag nach Runde eins auf Position 22, Philipp Öttl auf 27. Hafiq Azmi stürzte in der zweiten Runde. Durch starke Windschattenkämpfe änderte sich die Spitze auf der langen Start-Ziel-Geraden nach jeder Runde. Auch nach drei Runden lagen die ersten 18 Fahrer noch eng beieinander. Vazquez bog nach drei Runden in die Boxengasse ein.

Antonelli verbucht dritten Nuller

Niccolo Antonelli stürzte beim Heimrennen und kassierte damit seinen dritten Nuller in Folge. Beim Abflug berührte der Italiener Kornfeil, der ebenso in den Kies musste, sich aber am hinteren Ende des Feldes wieder einsortieren konnte. McPhee flog in Runde sechs heftig ab, lief glücklicherweise aber unverletzt davon. Bagnaia schied noch vor Rennmitte mit einem technischen Defekt aus. Zehn Runden vor Rennende lag die Spitze aus Miller, Masbou, Rins, Bastianini, Marquez, Juanfran Guevara, Isaac Vinales, Fenati, Miguel Oliveira, Brad Binder, Alessandro Tonucci, Niklas Ajo und Karel Hanika noch immer dicht zusammen.

Grünwald lag auf Position 18, aber im harten Kampf um seinen ersten WM-Punkt, nur zwei Positionen hinter seinem Landsmann belegte Öttl den vorrübergehenden Rang 20. Fünf Runden vor Rennende gab Kornfeil schließlich frühzeitig auf. Miller, Bastianini und Marquez stürzten im harten Kampf auf der letzten Runde. Fenati sicherte sich den Sieg in einem Foto-Finish, nur 0.008 Sekunden vor Rins, der wiederum 0.002 Sekunden vor Vinales lag.

Oliveira sicherte sich den vierten Rang vor Ajo und Masbou. Tonucci, Guevara, Binder und Hanika komplettierten die Top-10. Zulfahmi Khairuddin und Vazquez folgten. Der Spanier hatte sich nach seiner Durchfahrtsstrafe wieder auf den zwölften Rang nach vorne gefahren. Direkt dahinter kam Öttl ins Ziel, der wichtige drei Punkte sammeln konnte. Matteo Ferrari und Danny Kent nahmen die letzten Zähler mit, während Grünwald auf Rang 16 seinen ersten Punkt nur knapp verpasste.