Az olasz nagydíj időmérő edzésén hatalmas eső fogadta a mezőnyt, ahol Vettel megszerezte élete első Formula–1-es pole-pozícióját. Ezzel ő lett a Formula–1 történetének legfiatalabb pole-pozíciót birtokló pilótája. A versenyen a mezőny a biztonsági autó mögül rajtolt el, Sébastien Bourdais a rajtrácson ragadt, csak a bokszutcában tudták beindítani autóját hogy a mezőny után tudjon eredni. A biztonsági autó a második kör végéig kinn is maradt. Amikor végre elindultak, Vettel megtartotta első helyét, és Kovalainennel szemben növelni is tudta előnyét. A versenyt végül – végig vezetve – több, mint 10 másodperces előnnyel nyerte a finn pilóta előtt, ezzel a Formula–1 történetének legfiatalabb futamgyőztese lett, 21 évesen és 74 naposan. A levezető körben Vettel olaszul köszönte meg a csapatnak az áldozatos munkát. Az összetett pontversenyben Vettel győzelmével feljött a 9. helyre, és a közvetlenül előtte lévők sem voltak elérhetetlen távolságban tőle. Sébastien Bourdais csak a 18. helyen futott be így nem szerzett pontot. A pódiumon a díjátadás rendkívül felfokozott hangulatú volt, a Ferrari és Toro Rosso rajongói üdvrivalgásban törtek ki, és együtt ünnepelték Vettel és a "második számú" olasz csapat, a Toro Rosso győzelmét. A Ferrarit leszámítva a Toro Rosso volt az első olasz csapat, amely futamot nyert az 1957-es német nagydíj óta, amit Juan Manuel Fangio nyert meg egy Maseratival.