Kimi Raikkonen (McLaren), Olivier Panis (Toyota), Ralf Schumacher (Williams) i Michael Schumacher (Ferrari) perfekcyjnie wykorzystali najczęściej uczęszczaną i co za tym idzie czystszą, lewą stronę prostej startowej toru Indianapolis i przed pierwszym zakrętem zajmowali cztery czołowe miejsca. Tymczasem drudzy kierowcy z zespołów Ferrari i Williams – Rubens Barrichello i Juan Pablo Montoya podczas startu stracili po trzy miejsca i po dojechaniu do pierwszego zakrętu zajmowali już odpowiednio piątą oraz siódmą pozycję. Pomiędzy nimi znalazł się drugi kierowca z zespołu McLaren – David Coulthard, który jako jeden z nielicznych startując po brudnej stronie toru zdołał kogokolwiek wyprzedzić. Szkot oprócz Montoi wyprzedził również Fernando Alonso (Renault), spychając w ten sposób Hiszpana na ósmą pozycję. Z kolei drugi kierowca Renault – Jarno Trulli podczas startu wyprzedził drugiego kierowcę Toyoty – Cristiano da Mattę i znalazł się tuż za swoim partnerem na dziewiątej pozycji. Jenson Button utrzymał się na 11 pozycji, natomiast jego partner z zespołu B.A.R – Jacques Villeneuve został wyprzedzony przez kierowców z zespołów Sauber i Jaguar, tracąc w ten sposób aż cztery miejsca. Heinz-Harald Frentzen oprócz Kanadyjczyka wyprzedził ponadto Marka Webbera i dzięki temu zyskał dwa miejsca, awansując na 13 pozycję. Giancarlo Fisichella utrzymał się na 17 pozycji, a drugiego kierowcę z zespołu Jordan – Ralpha Firmana wyprzedził Jos Verstappen (Minardi). Za połową pierwszego okrążenia Firman próbował odzyskać utraconą pozycję, jednak opóźnił zbytnio hamowanie i uderzył w tył bolidu Minardi, tracąc w efekcie przedni spojler. Brytyjczyk pod koniec okrążenia zjechał do boksów po nowe skrzydło, natomiast Verstappen w międzyczasie został wyprzedzony przez swojego partnera – Nicolasa Kiesę i ponownie znalazł się na przedostatniej pozycji.

Na początku drugiego okrążenia po zewnętrznej stronie pierwszego zakrętu Coulthard wyprzedził Barrichello i awansował na piątą pozycję. Tymczasem okazało się, że bolid Verstappena także ucierpiał podczas kolizji z Firman i Holender musiał zjechać do boksów. Po powrocie na tor miał już jedno okrążenie straty do lidera i zajmował ostatnią pozycję. Na trzecim okrążeniu pierwszy zakręt był miejscem kolejnych dwóch ataków, przy czym tylko jeden z nich był udany. Ralf Schumacher wyprzedził Panisa i awansował na drugą pozycję, natomiast drugi kierowca z zespołu Williams – Montoya próbował wyprzedzić Barrichello, jednak nie zdążył wypracować odpowiedniej przewagi przed pierwszym zakrętem, który obaj kierowcy pokonali jadąc obok siebie. Kolumbijczyk nie chciał dać za wygraną i na kolejnym zakręcie w przeciwną (lewą) stronę próbował nadal utrzymać się obok kierowcy Ferrari. W tym momencie doszło do niewielkiej kolizji, gdyż Barrichello zostawił bardzo mało wolnego miejsca i nawet pomimo najechania na krawężnik Montoya nie zdołał uniknąć otarcia się prawym kołem o bok bolidu Ferrari, który w efekcie wpadł w poślizg. Kierowca z zespołu Williams ze względu na konieczność ominięcia przeszkody w postaci obracającego się czerwonego bolidu został wyprzedzony przez obydwu kierowców z zespołu Renault. Tymczasem Brazylijczyk po wypadnięciu z toru ugrzązł na środku żwirowiska i to był koniec jego udziału w tym wyścigu.

Na czwartym okrążeniu Montoya zdołał wyprzedzić Trullego i w ten sposób powrócił na siódmą pozycję. Na kolejnym okrążeniu Panis został wyprzedzony przez Michaela Schumachera i spadł na czwartą pozycję, a tuż za nim znalazł się Alonso, któremu udało się wyprzedzić Coultharda. W międzyczasie kropiący od początku wyścigu deszcze zaczął przybierać na sile, znacznie utrudniając co niektórym kierowcom jazdę. Na szóstym okrążeniu Coulthard odzyskał piątą pozycję utraconą na rzecz Alonso, a w chwilę później Hiszpana wyprzedził również Montoya. Pod koniec tego okrążenia do boksów po przejściowe opony zjechali Panis, Villeneuve, Kiesa i Firman. Dzięki temu Coulthard, Montoya, Alonso, Trulli, da Matta, Button, Heidfeld, Webber, Wilson, Frentzen (Niemca w międzyczasie wyprzedzili obydwaj kierowcy z zespołu Jaguar) i Fisichella awansowali kolejno na pozycje od 4 do 14. Na początku siódmego okrążenia Coulthard wyprzedził Michaela Schumachera, a pod koniec tego okrążenia na najszybszym, nachylonym zakręcie toru Indianapolis Niemca wyprzedzili również Montoya i Alonso. Tymczasem kolejnym kierowcą, który zdecydował się na zmianę typu opon, był jadący do tego momentu na ósmej pozycji da Matta. Miejsce Brazylijczyka zajął Heidfeld, który wraz z Webberem zdołał wyprzedzić Buttona.

Po ośmiu okrążeniach deszcz przestał padać i wszystko zaczęło powoli wracać do normy, natomiast kierowców, którzy zbyt szybko zdecydowali się na zmianę opon z rowkowanych na przejściowe, czekały kolejne postoje, gdyż jazda na takich oponach po suchym torze wiązała się ze zbyt dużą stratą czasową. Po ich odbyciu na przestrzeni od 10 do 12 okrążenia cała szóstka: da Matta, Panis, Villeneuve, Verstappen, Kiesa i Firman zajmowała pozycje kolejno od 14 do 19, mając już okrążenie straty do lidera. Pod koniec 15 okrążenia Ralf Schumacher zapoczątkował pierwszą rundę planowanych postojów. Dwa okrążenia później w boksach pojawili się Coulthard, Montoya i Heidfeld. Kolumbijczyk ze względu na problemy z tankowaniem paliwa na stanowisku serwisowym zespołu Williams spędził ponad 15 sekund. W dalszej kolejności pierwsze postoje zaliczyli Alonso, Raikkonen, Frentzen, Michael Schumacher i Trulli. W międzyczasie deszcz zaczął znowu padać, jednak ze wszystkich kierowców, którzy zdążyli już odbyć postoje, tylko Frentzen zdecydował się na założenie opon przejściowych. Tym razem ryzyko opłaciło się, gdyż deszcz rozpadał się na dobre. Z tego względu wszyscy kierowcy jadący jeszcze na rowkowanych oponach musieli zjechać do boksów. I tak na 21 okrążeniu postoje odbyli Wilson, Button, Michael Schumacher, Heidfeld, Fisichella, da Matta, Villeneuve, Kiesa i Firman.

Ze zmianą opon ociągali się przede wszystkim dwaj kierowcy, którzy tymczasowo znaleźli się na czołowych pozycjach: Webber i Ralf Schumacher, jednak obaj przypłacili to zakończeniem udziału w wyścigu, gdyż nie byli w stanie poradzić sobie z jazdą po śliskiej nawierzchni toru. Kolejnym liderem wyścigu na 22 okrążeniu został Coulthard, ale on również starał się kontynuować jazdę na zwykłych oponach i chociaż jemu udało się uniknąć zderzenia z bandą, to jednak tracił bardzo dużo czasu. Już na kolejnym okrążeniu Szkota wyprzedzili trzej kierowcy, którzy zmiany opon z rowkowanych na przejściowe dokonali przy okazji odbycia pierwszych postojów i dzięki temu znaleźli się na czołowych miejscach. Ponadto Coultharda wyprzedził partner z zespołu McLaren – Raikkonen i Szkot znalazł się na piątej pozycji. Na kolejnych miejscach jazdę kontynuowali Alonso, Michael Schumacher, Heidfeld i Trulli, natomiast dopiero na 11 pozycji wylądował Montoya, który przed zmianą opon musiał jeszcze zaliczyć karny przejazd przez strefę boksów za spowodowanie kolizji z Barrichello na początku wyścigu. Z tego powodu Kolumbijczyk miał już jedno okrążenie straty do lidera, podobnie jak i pozostali kierowcy – da Matta, Panis, Verstappen, Villeneuve, Kiesa i Firman.

Na 24 okrążeniu Coulthard został wyprzedzony przez kolejnych dwóch kierowców, którymi byli Alonso i Michael Schumacher. W dodatku Szkot zaliczył niewielką kolizję z kierowcą Ferrari, ale na szczęście obyło się bez większych dramatów. Na przestrzeni dwóch kolejnych okrążeń Coultharda zdołali również wyminąć Heidfeld, Trulli i Fisichella. W międzyczasie po zaciętym pojedynku Raikkonen wyprzedził Wilsona i awansował na trzecią pozycję, a w ślad za Finem kierowcę z zespołu Jaguar wyprzedził Michael Schumacher, któremu chwilę wcześniej udało się również pokonać Alonso. Pod koniec 26 okrążenia Panis już po raz czwarty w tym wyścigu zjechał do boksów, a po powrocie na tor nadal zajmował 13 pozycję. Na kolejnym okrążeniu Alonso wyprzedził Wilsona i awansował na piątą pozycję, natomiast na 27 okrążeniu Michael Schumacher pokonał bez większych trudności Raikkonena i był już trzeci. Dwa okrążenia później Panis wpadł w poślizg i uderzył w barierę z opon, kończąc tym samym udział w wyścigu. W międzyczasie Montoya wyprzedził Coultharda i awansował do pierwszej dziesiątki. Na kolejnym okrążeniu Szkota wyprzedził również da Matta, natomiast Heidfeld wyminął Wilsona i awansował na szóstą pozycję.

Dopiero pod koniec 31 okrążenia Coulthard zdecydował się na drugi postój w boksach, podczas którego o dziwo otrzymał kolejny zestaw rowkowanych opon do jazdy po suchym torze. Tym razem miało to jednak sens, gdyż deszcz przestał już padać jakiś czas temu. Po powrocie na tor Szkot znalazł się na 14 pozycji. Dwa okrążenia później drugi postój odbył Wilson, a wraz z nim po raz czwarty boksy odwiedził da Matta. W trakcie postoju Wilson został wyprzedzony przez Trullego, Fisichellę oraz Montoyę i po powrocie na tor znalazł się na dziesiątej pozycji, natomiast da Matta był nadal jedenasty. W międzyczasie Michael Schumacher wyprzedził Frentzena i awansował na drugą pozycję. Na 36 okrążeniu trzeci postój z kolei zaliczył Alonso, w wyniku którego spadł na ósmą pozycję. Przed nim znaleźli się Heidfeld, Trulli i Fisichella. Na kolejnym okrążeniu Coulthard zaliczył karny przejazd przez strefę boksów ze przekroczenie limitu prędkości podczas ostatniego postoju. Po powrocie na tor Szkot był już przedostatni. Na 38 okrążeniu Michael Schumacher pokonał ostatnią przeszkodę na jego drodze – po wyprzedzeniu Buttona objął w końcu prowadzenie wyścigu. Ponadto da Matta wyprzedził Wilsona i awansował do pierwszej dziesiątki.

Pod koniec 39 okrążenia Montoya odbył trzeci i zarazem ostatni postój, po którym nadal był dziewiąty. Dwa okrążenia później w ślad za Kolumbijczykiem ostatnie tankowanie paliwa i zmianę opon zaliczył Raikkonen. Po postoju Fin tylko na chwilę spadł na piątą pozycję, gdyż wkrótce Buttona z wyścigu wyeliminowała awaria silnika. W tej sytuacji kierowcy z zespołu Sauber – Frentzen i Heidfeld awansowali na drugą i trzecią pozycję. W następnej kolejności boksy odwiedzali da Matta, Trulli, Fisichella, Verstappen i Firman. Trulli i Fisichella po postojach nadal zajmowali piąta i szóstą pozycję, natomiast ze względu na wycofanie się z wyścigu drugiego kierowcy Renault – Alonso (awaria silnika) na siódmą pozycję awansował Montoya. Na kolejnych pozycjach podążali Villeneuve, Wilson, da Matta, Kiesa, Coulthard Verstappen i Firman, przy czym Coultharda z walki wyeliminowała wkrótce awaria skrzyni biegów.

Najpóźniej ze wszystkich kierowców ostatnie postoje zaliczyli na przestrzeni od 48 do 51 okrążenia Michael Schumacher, Villeneuve, Frentzen, Kiesa i Heidfeld. Schumacher i Frentzen po postojach nadal znajdowali się na czele, natomiast Heidfeld w trakcie postoju został wyprzedzony przez Raikkonena, który w ten sposób awansował na trzecią pozycję. Villeneuve na tor powrócił tuż za Wilsonem na dziewiątej pozycji, a za nim jazdę kontynuowali da Matta (Brazylijczyk w międzyczasie zaliczył karny przejazd przez strefę boksów ze przekroczenie limitu prędkości tam obowiązującego) oraz kierowcy z zespołu Minardi – Verstappen i Kiesa. Na 52 okrążeniu jadący na ostatniej pozycji Firman wpadł w poślizg i w ten sposób zakończył udział w tym wyścigu. Na 55 okrążeniu Raikkonen wyprzedził Frentzena i znalazł się na drugiej pozycji. Na 63 okrążeniu Trulli wyprzedził drugiego kierowcę z zespołu Sauber – Heidfelda, spychając w ten sposób Niemca na piątą pozycję. Trzy okrążenia później jadącego na dziewiątej pozycji Villeneuve'a z wyścigu wyeliminowała awaria silnika. Ostatnim zdarzeniem w tegorocznej edycji Grand Prix Stanów Zjednoczonych była zmiana na szóstej pozycji, na którą po wyprzedzeniu Fisichelli awansował na Montoya.