Bastianini mulai mengejar dua pembalap teratas ia mencetak waktu lebih cepat dari Marc Marquez dan Bagnaia di depannya. Ketiga pembalap tersebut berjarak empat detik di depan posisi keempat yang diduduki Alex Marquez.
Aleix Espargaro yang berada satu lap di belakang pemimpin balapan memutuskan untuk memasuki pit dan mengakhirinya balapannya bersama rekan setimnya Maverick Vinales yang berada di posisi ke 16. Tim pabrikan Aprillia menjalani balapan kandang yang buruk pada akhir pekan ini.
Memasuki lap 21 Marc Marquez mulai menjauhi Bagnaia, Bastianini yang berada di posisi ketiga juga mulai tertinggal dari kedua pembalap tersebut. Bagnaia tampak tidak berusaha mengejar Marquez yang terus menjauh dan bahkan mencetak rekor lap dalam balapan utama ini.
Marc Marquez mampu menguasai sisa balapan dan memenangi MotoGP San Marino. Ini menjadi kemenangan keduanya di musim ini. Ia diikuti oleh Bagnaia dan Bastianini yang melengkapi posisi podium. Brad Binder menjadi pembalap non-Ducati terbaik dan menyelesaikan balapan pada posisi keempat.
Fabio Quartararo yang juga memanfaatkan turunnya hujan berhasil finish di urutan ketujuh dan menjadi motor pabrikan Jepang terbaik pada balapan kali ini. Sementara tiga motor Honda mampu mengamankan poin di posisi 12, 13, dan 14.
Jorge Martin menyelesaikan lomba di posisi ke 15 dan mampu mengamankan satu poin. Walau begitu ia tetap memimpin klasemen, tetapi jarak antara dirinya dengan Bagnaia yang tadinya 26 poin menjadi tujuh poin. Sementara Marc Marquez berada posisi ketiga di klasemen.