Ngay sau tín hiệu xuất phát, 2 chiếc xe màu vàng của Camel Honda nhanh chóng vượt lên. Dẫn đầu là Makoto Tamada - người đã giành pole và tiếp sau là Max Biaggi. Trong khi đó, Rossi chỉ đứng thứ 6, sau cả Troy Bayliss, Sete Gibernau và Nicky Hayden.

Tuy nhiên thứ hạng này lập tức thay đổi khi đoàn đua bước vào vòng thứ hai. Gibernau qua mặt Biaggi để bám sát Tamada, còn Rossi nhảy 2 bậc lên thứ 4, và chỉ ít phút sau đã "tiện thể" chiếm luôn chỗ của Gibernau.

Đến vòng thứ 5, Rossi đã giành vị trí số 1 nhờ pha bứt phá ngoạn mục qua Tamada ở một khúc cua phải. Nhưng tay đua người Nhật cũng không vừa, anh lấy lại ngôi đầu chỉ sau đó 2 vòng. Cùng lúc đó, đồng đội của Rossi là Carlos Checa cũng gặp vận đen, anh ngã nhẹ và tụt xuống cuối đoàn.

Tamada liên tục đẩy tốc độ lên cao nhằm thoát khỏi sự truy đuổi của Rossi, có lúc chiếc xe Honda của anh chạy tới trên 310km/h. Tuy nhiên, Tamada chỉ duy trì được hương vị "cầm cờ" đến vòng đua thứ 15. Lần này là ở đoạn cuối của quãng đường thẳng dài nhất, khi Tamada giảm tốc để vào cua thì Rossi lại "lẻn" qua.

Kể từ thời điểm đó, Rossi "một mình một ngựa" về đích mà không gặp phải bất kỳ sự truy cản nào. Đây là danh hiệu thứ 9 của anh, chiếm hơn một nửa tổng số danh hiệu của cả mùa giải năm nay.

Nhưng số phận của Tamada thì đi theo hướng ngược lại. Vòng 18, anh loạng choạng và để cho cả Biaggi lẫn Hayden vượt qua. Ít phút sau, đến lượt Bayliss cũng làm được điều tương tự. Khi cuộc đua bước sang vòng áp chót, Tamada tiếp tục bị Gibernau cho "ngửi khói", và anh chỉ xếp thứ 5 chung cuộc.

Sở dĩ Gibernau giành được vị trí thứ 4 là nhờ Hayden bất ngờ bị ngã và phải bỏ cuộc ở vòng 23. Lúc đó, "người Mỹ tóc dài" vừa từ vị trí thứ 3 rơi xuống thứ 5 sau nỗ lực tấn công Biaggi bất thành. Cú ngã xe của Hayden khiến đồng hương của anh, ngôi sao bóng rổ Michael Jordan phải ôm đầu tiếc rẻ.

Kết thúc 30 vòng đua, vị trí thứ 2 thuộc về Biaggi. Xếp thứ 3 là Bayliss, người đã khiến cả đội đua Ducati phải nở nụ cười mãn nguyện. Alex Barros về thứ 6 và giữ được vị trí thứ 4 trên bảng tổng sắp cả năm.

Carlos Checa sau cú ngã vẫn hoàn thành GP Valencia ở vị trí thứ 14. Nhưng Marco Melandri thì không. Tay đua người Italy của đội Fortuna Gauloises đã lập "kỳ tích" bỏ cuộc ở 5 chặng đua liên tiếp cuối mùa.