Alors que Barrichello lutte avec les McLaren en course, Button, bloqué par Sebastian Vettel en difficulté au départ, rétrograde en huitième position. Le Brésilien profite des arrêts aux stands de Hamilton et de Heikki Kovalainen (qui sont équipés du SREC) pour prendre la tête au dix-septième tour. Il se montre suffisamment rapide pour repartir devant le Finlandais après son ravitaillement survenu quatre tours plus tard. Au trente-sixième passage, Hamilton ravitaille à nouveau et laisse la première place à Barrichello qui la conserve, malgré un second arrêt, jusqu'à l'arrivée pour remporter le dixième Grand Prix de sa carrière, son premier depuis le Grand Prix de Chine 2004. La course de Button est un duel constant avec Mark Webber, qu'il dépasse à treize tours de l'arrivée pour finir septième. Barrichello, qui dédie sa victoire à Felipe Massa, obtient à Valence le centième succès d'un pilote brésilien en Formule 1 et la cent-cinquantième victoire du manufacturier Bridgestone. Cette performance lui permet de revenir à la deuxième place du championnat des pilotes avec , 18 de moins que Button. Brawn GP profite également que Red Bull n'ait marqué aucun point pour accroître son avance de , avec .