Przed wyścigiem FIA ogłosiła zmianę warunków pogodowych w stosunku do tych, jakie panowały podczas kwalifikacji. Dzięki temu kierowcy, którzy zakwalifikowali się na przejściowych oponach: reprezentujący barwy Jordana Nick Heidfeld i Timo Glock oraz Gianmaria Bruni (Minardi) mogli zmienić opony na zwykłe rowkowane bez konieczności rozpoczęcia wyścigu z boksów. Na start z linii boksów zdecydował się tymczasem drugi kierowca Minardi – Zsolt Baumgartner, który w kwalifikacjach nie ustanowił czasu.

Bracia Michael i Ralf Schumacherowie wystartowali bardzo dobrze, utrzymując się na czołowych miejscach. Tuż za nimi znaleźli się kierowcy B.A.R – Jenson Button i Takuma Sato, wyprzedzając ociężale ruszającego z miejsca Marka Webbera (Jaguar). Button zyskał w sumie dwa miejsca, wyprzedzając swojego partnera po zewnętrznej stronie pierwszego zakrętu. Tymczasem Webbera zdołał jeszcze wyprzedzić Jarno Trulli (Toyota), spychając w ten sposób Australijczyka na szóstą pozycję. Niezbyt udanym startem popisał się również Giancarlo Fisichella (Sauber), przy czym Włoch stracił tylko dwa miejsca, a wyprzedzili go David Coulthard (McLaren) i Jacques Villeneuve (Renault), awansując kolejno na siódmą i ósmą pozycję. Za Fisichellą znalazł się jego przyszły partner – Fernando Alonso (Renault), który tym razem nie zdołał wystrzelić jak rakieta i musiał poprzestać tylko na wyprzedzeniu Oliviera Panisa (Toyota). Panis kolejny raz wystartował bardzo słabo, gdyż oprócz Alonso wyprzedzili go również Kimi Raikkonen (McLaren), Juan Pablo Montoya (Williams) i Rubens Barrichello (Ferrari). Kolejnym kierowcą stratnym na starcie był Christian Klien (Jaguar) – Austriak także został wyprzedzony przez Barrichello i dodatkowo przez Heidfelda, lądując na 16 pozycji. Stawkę 20 kierowców po pierwszym okrążeniu zamykali Glock, Felipe Massa (Sauber), Bruni i Baumgartner.

Pod koniec drugiego okrążenia Barrichello musiał popełnić błąd na szybkim zakręcie 130R lub podczas pokonywania szykany (realizatorzy transmisji telewizyjnej nie pokazali tego momentu), gdyż stracił nagle 13 pozycję na rzecz Panisa, choć wcześniej zdołał już nad nim wypracować wyraźną przewagę. Na początku kolejnego okrążenia tuż przed pierwszym zakrętem Fisichella wyprzedził Villeneuve'a i awansował na ósmą pozycję. Drugi kierowca z zespołu Sauber – Massa także zdołał przesunąć się o jedno miejsce w górę na trzecim okrążeniu, wyprzedzając jadącego na 17 pozycji Glocka. Okrążenie później Brazylijczyk wyprzedził Kliena i był już szesnasty. Na piątym okrążeniu Barrichello zdołał wreszcie odzyskać 13 pozycję, utraconą kilka okrążeń wcześniej na rzecz Panisa. Dwa okrążenia później Panis został także pokonany przez Massę, który w międzyczasie uporał się z wyprzedzeniem Heidfelda. Poza tym na siódmym okrążeniu nastąpiły jeszcze dwie zmiany w kolejności kierowców, będące najprawdopodobniej wynikiem taktycznych decyzji w ekipach B.A.R i Renault, gdyż Button i Villeneuve przepuścili wyraźnie szybszych w tym momencie partnerów (Sato i Alonso) odpowiednio na trzecią i dziewiątą pozycję. Na ósmym okrążeniu Montoya wyprzedził Raikkonena i awansował na 11 pozycję.

Pierwszą rundę postojów pod koniec dziewiątego okrążenia zapoczątkowali Ralf Schumacher i Panis. Na następnym okrążeniu Coulthard wyprzedził po kilku nieudanych próbach Webbera, za którym jechał od początku wyścigu. Australijczyk pod koniec następnego okrążenia zjechał do boksów na pierwszy postój, ale zanim to się stało, został dodatkowo wyprzedzony przez Fisichellą. W ślad za Webberem postoje odbyli Montoya, Massa i Glock, a na kolejnym okrążeniu Sato, Trulli, Fisichella, Barrichello, Heidfeld i Bruni. Dotychczasowy lider wyścigu – Michael Schumacher pierwsze tankowanie paliwa i zmianę opon zaliczył samotnie na 13 okrążeniu i nawet nie stracił prowadzenia, chociaż znajdujący się tymczasowo na drugiej pozycji Button nie był jeszcze w boksach. Brytyjczyk swój postój odbył dwa okrążenia później i podobnie jak Alonso, Raikkonen, Coulthard, Villeneuve i Klien zabrał na pokład swojego bolidu dosyć dużo paliwa, zdradzając tym samym zamiar odbycia tylko dwóch postojów w całym wyścigu.

Po zakończeniu pierwszej rundy postojów kolejność pierwszej czwórki wróciła do stanu sprzed zjazdów do boksów. Po 17 okrążeniach strata jadącego na drugiej pozycji Ralfa Schumachera do znajdującego się na prowadzeniu starszego brata – Michaela wynosiła już blisko 20 sekund. Jadący na kolejnych miejscach Sato i Button mieli odpowiednio 25 i 28 sekund straty, a tuż za nimi znalazł się Coulthard, przeskakując dzięki późniejszemu postojowi Trullego. Włocha pokonał także jego były partner – Alonso, ale w przeciwieństwie do Coultharda w bezpośredniej walce na torze. Poza tym Alonso dzięki późniejszemu postojowi przeskoczył Fisichellę i Webbera, zyskując w sumie trzy miejsca. Z kolei Fisichella stracił trzy miejsca, gdyż przed nim znaleźli się również Montoya i Barrichello, awansując odpowiednio na ósmą i dziewiątą pozycję. Villeneuve także został wyprzedzony przez Montoyę, Barrichello i dodatkowo Raikkonena, lądując ostatecznie aż na 13 pozycji. Na 14 pozycji utrzymał się Massa, a tuż za nim znalazł się Heidfeld, przeskakując podczas pierwszej rundy postojów Panisa. Na ostatnich miejscach jazdę kontynuowali Klien, Glock, Bruni i Baumgartner.

Na 18 okrążeniu Webber został wyprzedzony przez Montoyę i spadł na dziewiątą pozycję, a pod koniec tego okrążenia dosyć nieoczekiwanie zjechał do boksów, gdyż jak się okazała od pewnego czasu narzekał na zbyt wysoką temperaturę w kokpicie. W jakiś sposób do jego wnętrza dostawało się ciepłe powietrze z silnika lub układu wydechowego, utrudniając kierowanie samochodem. Mechanicy Jaguara nie znaleźli przyczyny tego stanu i Australijczyk powrócił do walki, mając nadzieję, że sytuacja nie będzie się przynajmniej pogarszać. Niestety w kokpicie było coraz bardziej gorąco i kilka okrążeń później kierowca ten musiał wycofać się z wyścigu. W międzyczasie pod koniec 20 okrążenia Panis zaliczył drugi rutynowy postój, w trakcie którego został wyprzedzony przez Kliena i Glocka. Na 22 okrążeniu Montoya próbował wyprzedzić Trullego pod koniec ostatniej prostej, ale opóźnił zbytnio hamowanie i ze względu na konieczność pokonania szykany niezbyt optymalnym torem jazdy nie tylko nie zdołał wyminąć Włocha, ale w dodatku został wyprzedzony przez jadącego tuż za nim Barrichello. Następnie na prostej startowej dopadł go Fisichella i ostatecznie Kolumbijczyk wylądował na 10 pozycji. Tymczasem Barrichello wyprzedził Trullego i był już siódmy.

Na 24 okrążeniu Massa wyprzedził Villeneuve'a i awansował na 12 pozycję, natomiast Panis wyprzedził Glocka, spychając Niemca na 17 pozycję. Pod koniec tego okrążenia na dobre rozpoczęła się druga runda postojów dla kierowców zamierzających trzykrotnie odwiedzać boksy podczas tego wyścigu (wcześniej drugi postój zaliczył już Panis). Do 29 okrążenia włącznie drugie postoje odbyli Ralf Schumacher, Trulli, Glock, Michael Schumacher, Sato, Massa, Heidfeld, Fisichella, Bruni, Barrichello, Montoya i Baumgartner. Michael Schumacher po powrocie na tor nadal był liderem, natomiast na drugą i trzecią pozycję tymczasowo awansowali Button i Coulthard, mający na swoim koncie tylko po jednym postoju. Ralf Schumacher spadł na czwartą pozycję, a tuż za nim znalazł się kolejny kierowca jadący tylko na dwa stopy – Alonso. Następne dwie pary: Sato/Raikkonen i Barrichello/Villeneuve także składały się z kierowców jadących na różne strategie, tak więc była to kolejność tymczasowa. Montoya po drugim postoju nadal był dziesiąty, bo chociaż przed nim znalazł się tymczasowo Villeneuve, to jednak Kolumbijczyk dzięki późniejszemu o jedno okrążenie postojowi zdołał przeskoczyć Fisichellę. Na kolejnych pozycjach jazdę kontynuowali Trulli i Massa, a za nimi znalazł się ostatni kierowca jadący tylko na dwa stopy – Klien. Stawkę 19 kierowców po 30 okrążeniach zamykali Heidfeld, Panis, Glock, Bruni i Baumgartner.

Drugie i zarazem ostatnie postoje Coulthard, Alonso, Klien, Button, Villeneuve i Raikkonen odbyli od 32 do 36 okrążenia. Ralf Schumacher i Sato powrócili w tym momencie na drugą i trzecią pozycję, natomiast Button i Coulthard spadli ponownie na pozycje, jakie zajmowali po pierwszej rundzie postojów – czwartą i piątą. Tymczasem na szóstą pozycję awansował Barrichello, którego podobnie jak Sato czekał jeszcze trzeci postój. Alonso na tor powrócił jako siódmy kierowca, mając za swoimi plecami kolejnych kierowców jadących na trzy stopy – Montoyę i Fisichellę. Raikkonen spadł tymczasowo na 10 pozycję, a tuż za nim znalazł się Massa, który na 37 okrążeniu zdołał wyprzedzić Trullego. Na pozostałych miejscach jazdę kontynuowali Villeneuve, Heidfeld, Klien, Panis, Glock, Bruni i Baumgartner. Na kolejnym okrążeniu Barrichello próbował wyprzedzić Coultharda tuż przed szykaną, ale jak sam to później określił, uczynił to dosyć znienacka. Szkot oczywiście nie spodziewał się w tym momencie ataku i doszło do kolizji, w wyniku której uszkodzeniu uległo zawieszenie w obydwu bolidach. Kierowcy ci zdołali się jeszcze dowlec do boksów, gdzie niestety zakończyli udział w tym wyścigu.

Tymczasem rozpoczęła się trzecia runda postojów dla kierowców zamierzających tyle właśnie razy odwiedzać boksy. Ponownie zapoczątkował ją Panis, w ślad za nim ostatnie tankowanie paliwa i zmianę opon zaliczyli Massa, Michael i Ralf Schumacherowie, Trulli, Heidfeld, Glock, Bruni, Sato, Montoya, Fisichella i Bruni. Bracia Schumacherowie utrzymali się na czołowych pozycjach, natomiast Sato w trakcie postoju został wyprzedzony przez Buttona i po powrocie na tor był czwarty, mając w dodatku znaczną stratę do swojego partnera. Tym samym Japończyk stracił okazję na wywalczenie podium przed własną publicznością, gdyż strategia trzech postojów w jego przypadku nie okazała się zbyt skuteczna. Alonso na piątą pozycję awansował już po odpadnięciu z walki Coultharda i Barrichello, a zaraz za nim znalazł się Raikkonen, któremu strategia dwóch postojów umożliwiła przeskoczenie Montoi podczas ostatniej rundy postojów. Na ostatniej punktowanej pozycji znalazł się Fisichella, natomiast na dalszych miejscach podążali Villeneuve, Massa, Trulli, Klien, Heidfeld, Panis, Glock i Bruni. Jazdy nie kontynuował już tymczasem Baumgartner, który tuż po swoim trzecim postoju popełnił błąd i wypadł z toru, kończąc tym samym udział w wyścigu.

Ostatnim zdarzeniem w tegorocznej Grand Prix Japonii był emocjonujący pojedynek pomiędzy Villeneuve'em i Massą o dziewiątą pozycję, który rozstrzygnął się na korzyść kierowcy z zespołu Sauber na początku 50 okrążenia. Tym razem Kanadyjczyk musiał uznać wyższość mniej doświadczonego Massy, który w przyszłym roku będzie już jego partnerem.