スタートタイヤはメルセデス勢とフェルスタッペンだけがミディアムタイヤ。11番グリッド以下は全車ミディアムで、Q3進出組はソフトタイヤでのスタートとなった。2番手スタートのフェルスタッペンは加速が鈍く（レース後のインタビューにてアンチストールが入ったことによる失速であったことが判明）、大きく順位を落として7位まで後退。その一方、ポールポジションからスタートのシャルル・ルクレールは順当にオープニングラップをトップで抜けて首位をキープ。その後ろにバルテリ・ボッタス、ルイス・ハミルトンのメルセデス勢が続いた。この間、6番手からスタートしたキミ・ライコネンは4番手に浮上した。スタートに失敗したフェルスタッペン、そして予選Q3でのトラブルにより9番手スタートとなっていたセバスチャン・ベッテルは、前を行くライコネン、ランド・ノリスを攻略しながら上位陣を追いかけていく。11周目、最初のピットストップとなったのはケビン・マグヌッセン。ペースが上がらないため、早めのピットインを選択しハードタイヤに交換。だが、マグヌッセンはスタート前にスタート位置より前にマシンが進んだ状態で停車。これはスタート時は正規のボックス内にマシンを収めるという規定に違反したため、ドライブスルーペナルティを科され大きく後退してしまう。14周目、ノリスがターン3でライコネンのインに飛び込んでパスし6番手に上がった。一方で8番手ピエール・ガスリーはライコネンの背後に迫るもののなかなか決定的なチャンスを作れずに抜くことができない。そんななか、ソフトのルクレールは好ペースを維持。2番手ボッタスとのギャップをじわじわと広げ、独走態勢に入る。21周目、ボッタスとベッテルがピットイン。両者ハードへ交換。だが、ボッタスは問題なくコースに復帰したが、ベッテルにはタイヤが準備ができておらずタイムロスしてしまう。翌22周目には、ルクレールがピットイン。問題なくタイヤ交換を終え、暫定2位で復帰する。一方暫定トップとなったハミルトンはまだタイヤの状態が良いと報告し、その翌周にファステストラップを記録して第1スティントを伸ばすことを決める。だが、22周目の時にターン1の縁石でフロントウイングが当たったことが原因でダウンフォースが低下する症状が発生。それにより、ペースが上がらず、30周目までステイアウトして踏ん張ったものの、力尽きてピットイン。タイヤ交換に加え、フロントノーズも交換したため大幅なタイムロスとなり、優勝争いから脱落。ベッテルの後方まで順位を落とした。その間、23周目にライコネン、翌24周目にアントニオ・ジョビナッツィがピットインするが、ポジションを争うノリスはステイアウト。25周目にピットインしたノリスは、ハードではなくミディアムに換えてライコネンの前、ガスリーはハードに換えてライコネンの後ろでコースに戻った。フェルスタッペンは31周目にタイヤ交換を終え、ベッテルとハミルトンの間でコースへ復帰。32周目、ガスリーはようやくライコネン攻略を果たした。この時点でルクレール-ボッタス-ベッテル-フェルスタッペン-ハミルトンの順となり、ここからフェルスタッペンの驚異の追い上げが始まる。45周目にベッテルはボッタスの2.5秒後方まで接近するが、すぐ後ろにフェルスタッペンが迫ってくる。50周目にフェルスタッペンがターン3-4のバックストレートでベッテルを抜いて3位に浮上。そこでベッテルは戦略を切り替え再びピットイン。これにより、ハミルトンの後方に下がったものの、交換したソフトタイヤでのハイペース走行で彼の攻略と3位奪取を狙う。フェルスタッペンの次のターゲットはボッタスで、10周若いタイヤのアドバンテージを生かしてボッタスとの差を縮めていたが、55周目（国際無線の内容は数周前の内容が流れるため、厳密には55周目の前の段階の状況）に謎のエンジン不調が起きたという無線が流れ、万事休すと思われたが、ピット側の指示に従い機器を操作して復活。一時的なペースダウンは起きたが、DRSが使える1秒以内まで接近し、56周目のターン4でボッタスをパスして2位に浮上する。ここからはルクレールとフェルスタッペンの若き2人組による一騎打ちが始まり、エンジンのセッティングをパフォーマンス寄りに切り替え、ファステストラップを連発し、5秒前方を走る首位のルクレールにも迫っていく。ルクレールは62周目に周回遅れのカルロス・サインツJr.に引っかかってフェルスタッペンとの差は3秒に縮まる。66周目に周回遅れのガスリーがルクレールの前に現れると、フェルスタッペンはDRSが使える1秒以内まで接近し、67周目にはテール・トゥ・ノーズの展開となった。だが、勢いの差は明らかで、68周目のターン3でフェルスタッペンがインに飛び込んで一旦首位に浮上するが、ルクレールはDRSを使ってフェルスタッペンを抜き返す。69周目、フェルスタッペンはターン3で再びルクレールをオーバーテイクしようとイン側のラインとなりアーリー・エイペックスを狙う。ルクレールはアウト側のラインからブロックしつつレイト・エイペックスになる形で死守しようとするが、フェルスタッペンの勢いを抑えきれず、コーナーからの立ち上がりで両者のフロントタイヤが軽く接触。そして、前に出たのはフェルスタッペンであり、彼が遂に首位に立った。だが、この接触でルクレールがコース外に若干押し出されたことにより、審議の対象となる。後方ではベッテルがタイヤの差を生かしてハミルトンを抜き、4位へ浮上する。フェルスタッペンはトップでチェッカーを受けた。しかし、直後に69周目のインシデントについて審議に入る。表彰式ではフェルスタッペンとホンダの田辺豊治テクニカルディレクターが優勝トロフィーを受け取った。フェルスタッペンとルクレールの接触の件はその後の審議でお咎め無しと判断され、フェラーリ側も悔しさを滲ませつつも控訴しない決断をしたため、フェルスタッペンの優勝（そしてホンダにとって13年ぶりの優勝と、レッドブルのホームグランプリとフェルスタッペンのオーストリアGP2連覇も）とルクレールの2位が確定することとなった。その後、ホンダF1で13年前に優勝を果たした現SUPER GTドライバーのジェンソン・バトンもツイッターで「（2015年の復帰後は初の優勝を果たした）ホンダに最大級の賛辞を送りたい。オメデト」と祝福。ホンダの田辺豊治テクニカルディレクターには、「田辺さんは15年前、僕の担当エンジニアだった。彼を誇りに思う」とたたえていた。一方で、ここまで無類の強さを見せていたメルセデス勢は、PUのオーバーヒート問題で、レース後にコメントした熱対策の失敗により失速。若きフェルスタッペンとルクレールの2人組に歯が立たなかったうえ、ソフトで猛追したベッテルにより、ハミルトンが今季初めて表彰台を逃したうえ、今季ワーストの5位で終わり、ボッタスも背後まで迫られたが何とか3位を死守してのチェッカーとなった。連勝数はかつてマクラーレン・ホンダが記録した11連勝に届かずシーズンを跨いでの10連勝でストップ。残された記録は開幕から9戦連続、通算では11戦連続での表彰台獲得のみとなった。それ以外の成績では、6位はミディアムで走り切ったノリスがベスト・オブ・ザ・レスト、7位ガスリー、8位はなんとPU交換ペナルティによる19番手スタートのサインツ、9位ライコネン、10位に初入賞のジョビナッツィという結果となり、マクラーレンとアルファロメオがダブル入賞を果たした。本レースはリタイアが1台もなく、出走した20台全車が完走を果たした。全車完走は昨年の中国GP以来9回目である。ドライバー・オブ・ザ・デイは当初、3周遅れの最下位20位で完走したロバート・クビサとなっていたが、調査の結果システム上の技術的な不具合であることが判明し、レース終了から2日遅れの7月2日にフェルスタッペンの受賞が発表された。