Andrea Dovizioso supo interpretar a la perfección el guión que, perfectamente, también podía haber trazado su compañero de equipo. Los pilotos de Ducati eran los grandes favoritos para hacerse con la victoria en el circuito de Misano, donde la fábrica de Borgo Panigale no ganaba desde hacía 11 años y el piloto italiano no lo había hecho nunca. Dovizioso supo pegar el estirón en el momento en que menos lo esperaban Jorge Lorenzo y Marc Márquez, que fueron incapaces de darle caza. Con su tercera victoria de la temporada, Dovizioso usurpa la segunda posición de la general de MotoGP a Valentino Rossi, que finalizó séptimo, y se sitúa a 67 puntos del piloto español del equipo Repsol Honda cuando restan seis carreras para el final de la temporada.
Dovizioso, que partió desde la cuarta posición de la parrilla de salida, superó a Márquez y a Miller antes de completar el primer giro y se colocó a rueda de Lorenzo, que conservó la primera posición de partida. El líder de MotoGP, consciente del poderío de las Ducati en Misano, se lanzó a su caza tras realizar un ajustado adelantamiento sobre el australiano, con el que llegó a tocarse.
No habían transcurrido las primeras cinco vueltas cuando Lorenzo, Dovizioso y Márquez se despegaron del grupo y se marcharon en solitario mientras que por detrás de ellos Pedrosa superaba a Rossi, que concluyó en una decepcionante séptima posición.
El piloto italiano de Ducati sólo esperó una vuelta para superar a su compañero de equipo, que se vio sorprendido por la acción y antes de que pudiera reaccionar ya había puesto tierra de por medio.
Fue en el ecuador de la carrera cuando Márquez pasó a la acción y superó a Lorenzo, que se la devolvió una vuelta después mientras Dovizioso continuaba ampliando su ventaja. El piloto español de Ducati se lanzó a la caza de su compañero de equipo y fue reduciendo la distancia, pero en la penúltima vuelta sufrió una caída en la curva 8 y se vio apeado del podio. Aun así, pudo volver a la carrera y finaliza en la decimoséptima posición.