Den 23-årige klockade sin sjätte sub-10 andra gången av säsongen när han kom hem i 9.99, före Asafa Powell.
Gatlin var fjärde i 10.14, bakom Femi Ogunode (10.13) och före De Grasse, som var femte i 10.21.
Jamaicas olympiska mästare Elaine Thompson slog Nederländernas Dafne Schippers på 200m.
Paret separerades med bara en tiondel av en sekund i förra årets olympiska final, och Thompson triumferade i Doha med 0,26 sekunder i en tid av 22,19.
Storbritanniens Robbie Grabarz, som tog silver i den europeiska Inomhus i mars, hävdade andra plats i det höga hoppet, clearing 2.31m i sin första utomhus händelse för säsongen.
Olympic mästare Caster Semenya hävdade en befallande seger på 800m, kommer hem i en världsledande tid på en minut 56.61 sekunder.
Burundis Francine Niyonsaba, som vann silver bakom sydafrikanen i Rio, var den enda andra kvinnan att förbättra den tiden under hela 2016.
Etiopiens Genzebe Dibaba - som bröt ett 22-årigt 1500 miljoner världsrekord 2015 och vann silver över avståndet i Rio - var femte i sin första 800m utflykt.
OS-mästaren Thomas Rohler kastade 93,90m för att vinna javelintävlingen med mer än fyra meter.
Tyskarnas kast flyttar honom till andra plats på listan, med bara tjeckisk stor Jan Zelezny har kastat längre.
Desire Henry var väl kort av 22.69 hon klockade tidigare i år i Kalifornien som 21-åring slutade sjunde på 200m.
Holly Bradshaw, som missade inomhussäsongen med skador, slutade fjärde i valvet med en bästa av 4.55m.
Cindy Ofili slutade i sjunde som amerikansk världsrekordhållare Kendra Harrison vann 100m hinder i 12.59, medan Andrew Butchart kom åttonde i 3000m och Chris Baker slutade sjunde i det höga hoppet.
Sydafrikas Akani Simbine fortsatte sin imponerande start på 2017 genom att slå Justin Gatlin och Andre de Grasse i 100m vid Doha Diamond League.