6月18日の午前9時から45分間のウォームアップ走行が行われた。トヨタ6号車のマイク・コンウェイが出したトップタイムを、セッション残り11分の時間帯でアウディ7号車のアンドレ・ロッテラーが1.2秒ほど上回って総合トップのタイムを記録している。3番手のタイムはポルシェ2号車が出した。パニス・バルテズ・コンペティションのリジェ23号車がポルシェ・カーブでクラッシュして15分程赤旗中断されて後に再開されてから約8分後、バシー・DCレーシング・アルピーヌ35号車がインディアナポリス・コーナーでコースオフの後バリアに衝突して2度目の赤旗中断となり、そのままセッションは再開することなく終了した。決勝レースは午後3時にスタートが切られたが、開始直前に降り出した雨は間もなく激しい土砂降りとなり、セーフティカー先導のレーススタートを余儀なくさせられている。レース開始40分過ぎに雨が上がり始めると急速に路面が乾いていき、開始51分後にはセーフティカー・ランも終了して、決勝レースは8周目より実質的なスタートが切られた。グリーン・フラッグが振られると、トヨタ6号車のマイク・コンウェイが前車を抜いてトップに立った。トヨタ5号車はドライバー交代直後にタイヤからの異常振動が生じて緊急ピットインを行ない、そこで1分ほどのピット作業を強いられることとなったが、さほど順位を落とすことなく5位のポジションでコースに戻っている。アウディ7号車はターボチャージャー周りのトラブルによるパーツ交換の為にガレージ作業が必要となり、大きく後れを取ることとなった。LMP1では、トヨタが1スティント14周、ポルシェが1スティント13周、アウディが1スティント12周のペースで走行し、燃費に勝るトヨタが徐々にレースを有利に進め始める。トヨタ6号車が2位に30秒近いギャップを築いてトップを維持し、ポルシェ2号車が2位、ポルシェ1号車が3位、トヨタ5号車が4位を走行した。アウディ8号車は5位を走行するが、ガレージ作業もあってトップから2周差を付けられる。アウディ7号車は8周差とトップから大差を付けられた。LMP2クラスは、トップを走っていたマノー44号車がスタートから5時間を経過しようとする時点でダンロップ・シケインでスピンし、替わってティリエ・バイ・TDSレーシング46号車の平川亮がクラストップに立つ。クラス2番手を走っていたKCMG47号車の松田次生はマシントラブルでリタイアに追い込まれている。LMGTE Proクラスでは、フォード・チップ・ガナッシ・チームUSA68号車と4.7秒差で追いかけるリシ・コンペティツィオーネ82号車との間で接戦が行われる。スタートから8時間半を経過した時点で、3周に渡ってセーフティカー・ランとなり、レース再開直後にトヨタ6号車がドライバー交代の為ピットインし、その後ポルシェ2号車に一時的に先行を許すがすぐにトップを奪還する。ポルシェ1号車は午後11時過ぎに水温が上がりすぎるトラブルでウォーターポンプを交換する1時間以上のガレージ作業を強いられた。ポルシェ1号車の長時間に渡る戦線離脱によりトヨタ5号車が3位、アウディ8号車が4位にポジションを上げた。ポルシェ2号車は215周走行した時点でパンクの為に緊急ピットインを強いられたりもしたが、トヨタを上回るラップスピードですかさずそのタイムロスを挽回し、その結果、1位トヨタ6号車・2位ポルシェ2号車・3位トヨタ5号車の3台の間でのタイム差が1分以内という非常に僅差で激しい上位争が続いた。一方アウディ7号車は16時間30分過ぎに再度ガレージ行きとなっている。LMP2クラスでは、クラス2位を走行中であったティリエ・バイ・TDSレーシング46号車の平川亮がクラッシュし、セーフティカーが導入される事態が生じた。46号車はピットになんとか戻ることが出来たが、直ちにガレージに入り長時間の修復作業が試みられることになった。このセーフティカーが導入されている時間帯に、トヨタの2台は同時にピットインをしてドライバー交代を行なった。セーフティカーがコースの外に出てレースが再開すると、セーフティカー導入の間にトップとの差を詰めていたセバスチャン・ブエミがドライブするトヨタ5号車がマイク・コンウェイがドライブするトヨタ6号車を追い抜いて首位が入れ替わり、首位トヨタ5号車、2位トヨタ6号車、3位ポルシェ2号車の順位となった。首位トヨタ5号車と3位ポルシェ2号車までのタイム差がわずか数秒差しかないという、激しい首位攻防戦が繰り広げられた。バイコレス4号車は火災を起こしてリタイアとなった。小林可夢偉が駆るトヨタ6号車は開始20時間過ぎにスピンを喫して3位でコースに復帰した後、チェッカーを受ける為にガレージでチェックを行い首位から3周遅れに後退した。レース残り1時間半の時点で、首位のトヨタ5号車と2位ポルシェ2号車のタイム差はおよそ30秒となっていた。LMP2クラスに関しては、ティリエ・バイ・TDSレーシング46号車は結局修復できずリタイアに追い込まれている。レース残り11分の時点でポルシェ2号車はスローパンクチャーにより予定外の（前後輪すべての）タイヤ交換を行なった。残り6分30秒の時点で、首位のトヨタ5号車と2位ポルシェ2号車のタイム差は1分14秒にまで広がっていた。それから間もなくをポルシェカーブを立ち上がったところを運転していたトヨタ5号車のドライバーの中嶋一貴からピットに悲痛な叫びの無線が入った。「 I have NO POWER ! NO POWER ! 」 それからトヨタ・TS050 HYBRIDはスローダウンを始め、パワーが上がらず時速200km以上の速度を出せなくなる。トヨタ5号車はなんとかメインストレートまで戻ってくるが、フィニシュラインを超えた地点で停止した。その横をニール・ジャニが運転するポルシェ2号車が一気に抜いていき、首位交代する。レースは残り3分25秒という時間帯の出来事であった。レース後にトヨタ5号車のトラブルの原因はターボチャージャーとインタークーラーを繋ぐ吸気ダクト回りの不具合であったことが判明する。ル・マンでは6分以内に周回しないとリタイアと見なされるという規定があるが、トヨタ5号車はフィニシュラインを超えた地点で停止していた為に、完走扱いになるには6分以内に周回して再びフィニシュラインを超えなければならなかった。中嶋一貴はTS050 HYBRIDのシステムを一旦リセットして通常のスタートの手順で再起動を試みたが、TS050は動き出さなかった。他の手段を色々試行して何とか再始動させたが、時速100kmまでしか速度を上げることが出来なかった。公式には、トヨタ5号車は規定タイムを大幅に超える11分53秒815のタイムで最終ラップを周回した。この為トヨタ5号車は完走扱いにならず順位もつかなかった為、選手権でのポイントも獲得できなかった。ポルシェ2号車がレースを完走して総合優勝を果たし、ポルシェが通算18度目のル・マン制覇を成し遂げた。トヨタ6号車が3周遅れの2位、アウディ8号車が12周遅れの3位に入っている。LMP2クラスは、アルピーヌ・A460のレースカーをドライブしたニコラ・ラピエール/グスタヴォ・メネゼス/ステファン・リシェルミ組のシグナテック・アルピーヌ36号車がクラス優勝した。ラピエールは2年連続のLMP2クラス優勝であった。LMGTE Proクラスは、ジョーイ・ハンド/ディルク・ミューラー/セバスチャン・ブルデー組のフォード・チップ・ガナッシ・チームUSA68号車フォード・GTが、リシ・コンペティツィオーネ82号車フェラーリ・488 GTEとの争いを制しクラス優勝を飾った。LMGTE Amクラスは、ビル・スウィードラー/タウンゼント・ベル/ジェフ・シーガル組のスクーデリア・コルサ62号車のフェラーリ・458イタリア GT2がクラス優勝を果たした。澤圭太が乗り込んだクリアウォーター・レーシング61号車フェラーリはクラス4位、山岸大が乗り込んだラルブル・コンペティション50号車のシボレー・コルベットはクラス8位でレースを終えている。