El italiano Romano Fenati (KTM) se adjudicó la victoria en el Gran Premio de Italia de Moto3 por apenas diez milésimas de segundo de ventaja sobre Isaac Viñales (KTM) y once con Alex Rins (Estrella Galicia 0,0 Honda), aunque inicialmente la segunda plaza se la había concedido el cronometraje oficial a Rins.

Rins comenzó a tirar con fuerza desde la salida para estirar el grupo al máximo y ya al cumplirse el primer giro el pelotón se había fraccionado, con siete pilotos en cabeza, mientras dirección de carrera anunciaba que Efrén Vázquez (Honda) se había saltado el semáforo de salida y era penalizado con un paso por la calle de talleres.

En cabeza, Alex Márquez dejó claro el potencial de su moto para colocarse a rebufo de Rins al final de la primera vuelta y ponerse líder en la segunda. Con ellos competían Fenati, el británico John McPhee (Honda), que se fue al suelo en la séptima vuelta, el francés Alexis Masbou (Honda), el checo Jakub Kornfeil (KTM) y Efrén Vázquez, quien tardó en darse cuenta de la penalización.

Casi en ese mismo instante el "local" Niccolo Antonelli (KTM) se quedaba fuera de carrera al sufrir una espectacular caída tras un toque con Jakub Kornfeil. Los constantes adelantamientos en el grupo de cabeza permitieron que los perseguidores les acabasen dando alcance, entre ellos Viñales y Juanfran Guevara (Kalex KTM), el portugués Miguel Oliveira (Mahindra) o el italiano Alessandro Tonucci (Mahindra).

La guerra de los rebufos se convirtió en una constante, con constantes golpes entre carenados. No hubo un líder claro y los trece pilotos que integraban el grupo de cabeza tenían prácticamente las mismas opciones de pelear por la victoria.

Fenati entró líder en la última vuelta pero a final de recta se le colaron Isaac Viñales y Alex Rins después, pero el italiano quería ser profeta en su tierra y aprovechó para superar a sus rivales tanto por dentro como por fuera de cada curva.

Poco después se fueron al suelo Jack Miller, que entró colado y provocó la caída de Alex Márquez y Enea Bastianini.

En la entrada a la recta de meta Alex Rins era primero pero el rebufo resultó mortal para sus aspiraciones y Romano Fenati por el interior le acabó doblegando, mientras éste relegaba a la tercera plaza a Isaac Viñales.