Partito dalla pole, il pilota Gresini ha cercato sin da subito di staccare il gruppo, ma dopo un paio di giri, Marco Bezzecchi (PruestelGP) e Fabio di Giannantonio (Gresini Racing) la hanno ripreso. Nel corso di tutta la gara i tre si sono alternati alla guida della classifica.
La gara si decide solo sotto la bandiera a scacchi con un arrivo in volata dei tre. Alla fine è lo spagnolo ad avere la meglio sui due italiani per soli 19 millesimi.
Marco Bezzecchi con il secondo posto mantiene la leadership del campionato con un vantaggio di tre punti Martin. Sul gradino più basso del podio Fabio di Giannantonio terzo anche nella classifica iridata.
Alle spalle del terzetto di testa un gruppo di ventuno piloti ha lottato per la ‘medaglia di legno’. Sotto la bandiera a scacchi è Gabriel Rodigo ad avere la meglio, chiudendo quarto, davanti a: Andrea Migno (Angel Nieto Team), Enea Bastianini (Leopard) e Tony Arbolino (Marinelli Snipers).
Nel finale Lorenzo Dalla Porta (Leopard) è riuscito ad ‘agguantare’ la nona posizione, davanti a Niccolò Antonelli (SIC58 Squadra Corse) e un incredibile Manuel Pagliani, wild card Leopard, che completa la top ten.
Nicolò Bulega (Sky Racing Team VR46) in lotta per tutta la gara nel gruppo per la quarta posizione, ha chiuso ventunesimo. Da segnalare il ritiro del compagno di squadra, Dennis Foggia, per un guasto alla moto.
Gara Mugello – GP Italia – I tempi
| Pos | Num | Pilota | Moto | Team | Tempo | Gap |
| 1 | 88 | Jorge Martin | Honda | Del Conca Gresini Moto3 | 39:20.810 | |
| 2 | 12 | Marco Bezzecchi | Ktm | Redox Pruestelgp | +0.019 | |
| 3 | 21 | Fabio Di Giannantonio | Honda | Del Conca Gresini Moto3 | +0.043 | |
| 4 | 19 | Gabriel Rodrigo | Ktm | Rba Boe Skull Rider | +10.948 | |
| 5 | 16 | Andrea Migno | Ktm | Angel Nieto Team Moto3 | +11.083 | |
| 6 | 33 | Enea Bastianini | Honda | Leopard Racing | +11.165 | |
| 7 | 14 | Tony Arbolino | Honda | Marinelli Snipers Team | +11.194 | |
| 8 | 48 | Lorenzo Dalla Porta | Honda | Leopard Racing | +14.567 | |
| 9 | 23 | Niccolo Antonelli | Honda | Sic58 Squadra Corse | +14.676 | |
| 10 | 96 | Manuel Pagliani | Honda | Leopard Junior Team | +14.682 |

