Drugi był Brytyjczyk Jenson Button z zespołu McLaren-Mercedes, a trzeci Hiszpan Fernando Alonso (Ferrari). Vettel prowadził w wyścigu od piątego okrążenia, gdy wyprzedził Alonso. Na piątej pozycji uplasował się siedmiokrotny mistrz świata Niemiec Michael Schumacher (Mercedes GP).
Vettel, który w sobotę wywalczył pole position, na starcie popełnił błąd i stracił pozycję lidera. Doskonale wystartował Alonso, z prawej strony toru minął trzech rywali i objął prowadzenie, Niemiec był drugi.
Już na początku doszło do poważnej kraksy, po której pięciu kierowców musiało się wycofać. Jeszcze na prostej startowej w poślizg wpadł Włoch Vitantonio Liuzzi (Hispania), który stracił kontrolę nad bolidem i uderzył w samochody rywali.
Oprócz niego jazdę musieli zakończyć Rosjanin Witalij Pietrow (Renault), Niemiec Nico Rosberg (Mercedes), Australijczyk Daniel Ricciardo (Hispania) i Belg Jerome d' Ambrosio (Virgin).
Alonso długo nie utrzymał się jednak na czele GP Włoch. Na piątym okrążeniu toru Vettel atakiem rozpoczętym po zewnętrznej stronie zakrętu wyprzedził Hiszpana, objął prowadzenie i utrzymał je do mety.
Kierowca teamu Red Bull dysponował w niedzielnym wyścigu zdecydowanie najszybszym samochodem. Po wyprzedzeniu Alonso, gdy żaden inny kierowca nie blokował mu już drogi, przyspieszył i na każdym okrążeniu swoją przewagę nad Hiszpanem powiększał o ponad sekundę.
Gdy na 21. okrążeniu zjechał po raz pierwszy na zmianę opon, miał już tyle cennych sekund w zapasie, że po ponownym wyjeździe na tor, nie stracił pozycji lidera. Dla Vettela Monza ma szczególne znaczenie, to na tym torze w 2008 roku w barwach teamu Toro Rosso odniósł mając 21 lat swoje pierwsze w karierze zwycięstwo i został najmłodszym w historii kierowcą, który stanął na najwyższym stopniu podium.
Vettel jechał cały czas spokojnie, miał tak znaczną przewagę, że nikt nie mógł mu zagrozić. Za jego plecami toczyła się jednak zacięta walka o punkty mistrzostw świata. Szybko odpadł z niej Australijczyk Mark Webber z Red Bulla, który po kolizji z Brazylijczykiem Felipe Massą (Ferrari) stracił przedni spojler i bez niego bardzo szybko wypadł na pobocze, uderzył w barierę bezpieczeństwa i zakończył jazdę.
Najbardziej pasjonującą walkę stoczyli siedmiokrotny mistrz świata Niemiec Michael Schumacher (Mercedes GP) i Brytyjczyk Lewis Hamilton (McLaren). Niemiec świetnie wystartował, pokonał pięciu rywali i z ósmego pola awansował na trzecie miejsce. Za nim jechał Hamilton, który kilkanaście razy, dość ryzykownie próbował go wyprzedzić, ale bezskutecznie.
W końcu obu ich pogodził Button, który na 16. okrążeniu niespodziewanie zaatakował po wewnętrznej toru. Atak był udany, a Hamilton potrzebował jeszcze prawie dwunastu okrążeń, aby wyjść na czwarte miejsce.
W końcówce zaciętą walkę o trzecie miejsce stoczył Hamilton z Alonso. Brytyjczyk zdecydowanie przyśpieszył, na czterech ostatnich okrążeniach nadrobił nad Alonso prawie 6 s, ale Hiszpan nie dał się wyprzedzić.
Wyścig o GP Włoch był ostatnim w tegorocznym sezonie rozgrywanym w Europie. Następny odbędzie się 25 września o Grand Prix Singapuru, wszystkie pozostałe będą także na torach w Azji i jeden w Brazylii..