Ze względu na problemy z podstawowym bolidem Alex Yoong miał wystartować w zapasowym bolidzie, jednak mechanicy z zespołu Minardi zdążyli usunąć usterkę w podstawowym bolidzie tuż przed startem i w tym właśnie bolidzie Malezyjczyk ostatecznie przystąpił do wyścigu. Co prawda czekał go start z boksów, ale w sumie nie miało to większego znaczenia, ponieważ i tak zakwalifikował się na ostatniej pozycji. Podczas startu do okrążenia rozgrzewającego kolejnym pechowcem okazał się Enrique Bernoldi. W bolidzie Brazylijczyka zgasł silnik, jednak mechanicy z zespołu Arrows nie mogli go na miejscu ponownie uruchomić i bolid został zapchany do boksów. W połowie okrążenia rozgrzewającego w tarapatach znalazł się również drugi kierowca z zespołu Arrows – Jos Verstappen. Holender wyprzedził Tomasa Enge, ponieważ myślał, że Czech ma problemy ze swoim bolidem i przez to nie zdoła dojechać na prostą startową w odpowiednim czasie. Kiedy jednak Verstappen ustawił się na niewłaściwym polu startowym i zobaczył w lusterku dojeżdżający bolid Prost, było już za późno na przegrupowanie. Mimo to sędziowie postanowili nie przerywać procedury startowej, a to z kolei oznaczało, iż kierowcę z zespołu Arrows czeka kara w trakcie wyścigu.

Michael Schumacher (Ferrari) wystartował dosyć dobrze, jednak na wszelki wypadek zajechał drogę Juanowi Pablo Montoi (Williams) i dzięki temu niezagrożony podążał na pierwszej pozycji w kierunku pierwszego zakrętu. Drudzy kierowcy z zespołów Williams i Ferrari – Ralf Schumacher oraz Rubens Barrichello także utrzymali się na swoich pozycjach startowych, chociaż ten ostatni musiał odeprzeć atak Giancarla Fisichelli (Benetton). Włoch najpierw wyprzedził Mikę Hakkinena (McLaren) i przez chwilę wydawało się, że udało mu się również wyprzedzić Brazylijczyka, jednak ten opóźnił maksymalnie hamowanie przed pierwszym zakrętem i w ten sposób odzyskał czwartą pozycję. Na siódmej pozycji utrzymał się David Coulthard (McLaren), natomiast jadącego na ósmej pozycji Jarna Trullego (Jordan) próbował wyprzedzić Jenson Button (Benetton), jednak bezskutecznie. Zmiana w kolejności kierowców nastąpiła na pozycji dziesiątej, o którą to pozycję rywalizowali między sobą kierowcy z zespołu Sauber – Nick Heidfeld oraz Kimi Raikkonen. Fin tuż po starcie z 12 pozycji wyprzedził Jeana Alesiego (Jordan), a następnie zrównał się z zespołowym partnerem, który co prawda na pierwszym zakręcie jadąc po zewnętrznej starał się nie tylko odzyskać dziesiątą pozycję, ale również wyprzedzić Buttona i Trullego, jednak próba wyprzedzania "na trzeciego" na tym właśnie zakręcie musiała zakończyć się niepowodzeniem. Co gorsza, Heidfeld znalazł się na chwilę poza torem i nie dość, że nie odzyskał dziesiątej pozycji, to jeszcze został wyprzedzony przez Alesiego, Eddiego Irvine'a (Jaguar) oraz Jacquesa Villeneuve'a (BAR) i ostatecznie wylądował na 14 pozycji. Na kolejnej pozycji znalazł się Pedro de la Rosa (Jaguar) po wyprzedzeniu Heinza-Haralda Frentzena (Prost) podczas pokonywania pierwszego zakrętu. W tym samym miejscu Niemca wyprzedził również Verstappen, który wcześniej wyprzedził Fernando Alonso (Minardi) i Oliviera Panisa (BAR). Alonso w sumie nie stracił ani jednej pozycji w stosunku do swojej pierwotnej pozycji startowej (18), ponieważ z jednej strony został wyprzedzony przez Verstappena, a z drugiej strony zdołał wyprzedzić Panisa, który w ten sposób spadł na 19 pozycję. Po pokonaniu pierwszego zakrętu na ostatnich trzech pozycjach znajdowali się Enge, Yoong oraz Bernoldi, który kilka sekund po Malezyjczyku wyjechał w końcu z boksów.

Pod koniec najdłuższej prostej Barrichello wyprzedził Ralfa Schumachera i awansował na trzecią pozycję, natomiast na końcu ostatniej prostej tuż przed szykaną prowadzącą na prostą startową Frentzen wyprzedził Verstappena i znalazł się na 16 pozycji. Na początku drugiego okrążenia Heidfeld próbował wyprzedzić Villeneuve'a, jednak Kanadyjczyk do końca nie chciał odpuścić i Heidfeld w ostatnim momencie musiał ratować się ostrym hamowaniem, aby uniknąć zderzenia. Pod koniec drugiego okrążenia tuż przed szykaną Barrichello popisał się doskonałym, acz trochę ryzykownym manewrem i wyprzedził Montoyę. Ryzykownym dlatego, iż Brazylijczyk dosłownie o kilka centymetrów wyminął bolid Kolumbijczyka i jednocześnie prawymi kołami zahaczył o pobocze. Montoya nie stracił jednak w tym momencie zimnej krwi i wykorzystując bardziej optymalny tor jazdy szybciej pokonał szykanę, a następnie na prostej startowej wykorzystał strumień powietrza powstały za bolidem Ferrari i dzięki temu tuż przed pierwszym zakrętem odzyskał drugą pozycję. Tymczasem w miejscu, w którym Barrichello wyprzedził Montoyę doszło do drobnej stłuczki pomiędzy Frentzenem i de la Rosą, w wyniku której w bolidzie Niemca uszkodzeniu uległ przedni spojler. Dodatkowo kierowca z zespołu Prost musiał ominąć szykanę poboczem i ze względu na odłamki spojlera, które utknęły pod bolidem musiał ze stosunkowo wolną prędkością pokonać całe trzecie okrążenie. Zanim jednak Frentzen dojechał do boksów, mniej więcej w połowie trzeciego okrążenia jadący na piątej pozycji Fisichella wpadł w poślizg, w wyniku którego stracił około osiem sekund i co ważniejsze, spadł aż za Irvine'a na 12 pozycję. W międzyczasie Bernoldi wyprzedził Yoonga i awansował na 20 pozycję, natomiast Frentzen po dojechaniu do boksów i odbyciu przymusowego postoju, podczas którego mechanicy z zespołu Prost zamontowali nowy przedni spojler, miał już stratą blisko jednego okrążenia do lidera.

Na czwartym okrążeniu Panis wyprzedził Alonso i znalazł się na 18 pozycji. Na szóstym okrążeniu wydarzył się groźnie wyglądający wypadek – jadący na dziewiątej pozycji Raikkonen po ewidentnej awarii tylnego zawieszenia wpadł w poślizg podczas pokonywania jednego z dwóch najszybszych zakrętów na torze Suzuka. Pech chciał, że tuż za Finem podążał w tym momencie Alesi, który nie mając możliwości wyminięcia obracającego się bolidu Sauber uderzył w niego i wraz z nim zaczął zmierzać w kierunku bandy. Bolid Raikkonena pierwszy uderzył w bandę, przy czym zderzenie nastąpiło tyłem i z dosyć dużą siłą, natomiast bolid Alesiego, nad którym przez chwilę znajdował się przód bolidu Fina, pod znacznie mniejszym kątem uderzył w bandę i dlatego w tym przypadku uszkodzenia były znacznie mniejsze. Na szczęście obydwu kierowcom nic się nie stało podczas tej kraksy, natomiast podczas zderzenia z bandą z bolidu Sauber oderwały się obydwa tylne koła i pomknęły z powrotem w kierunku toru, nieomal wprost pod koła nadjeżdżających bolidów. Jakimś cudem nie doszło jednak do kolejnego wypadku, a koła po odbiciu się od przeciwległej bandy wróciły do wraku bolidu Raikkonena. Przed tym zdarzeniem za Alesim jechał Irvine, który jako pierwszy natrafił na fruwające koła i chcąc uniknąć z nimi zderzenia zahamował, co w trochę niezbyt elegancki sposób wykorzystał Fisichella i po wyprzedzeniu Irlandczyka znalazł się na dziewiątej pozycji.

Pod koniec dziewiątego okrążenia jadący od początku wyścigu na prowadzeniu Michael Schumacher popełnił błąd podczas hamowania przed szykaną i musiał ją ściąć. W tym momencie przewaga Niemca nad jadącym na drugiej pozycji Montoyą zmalała o 0.1 sekundy i wynosiła blisko 11.7 sekundy, natomiast jadący na trzeciej pozycji Barrichello miał niecałe dwie sekundy straty do Kolumbijczyka. Na 12 okrążeniu Fisichella wyprzedził kolegę z zespołu – Buttona i awansował na ósmą pozycję, a pod koniec tego okrążenia Panis próbował wyprzedzić Verstappena podczas pokonywania szykany, jednak Holender zdołał odeprzeć atak i utrzymał się na 14 pozycji. Na 15 okrążeniu Frentzen awansował na 19 pozycję po wyprzedzeniu Yoonga. Pod koniec tego okrążenia Barrichello zjechał do boksów z zamiarem odbycia pierwszego planowanego postoju. Postój ten był bardzo krótki (zaledwie 7.2 sekundy) i to oznaczało, iż jest to najprawdopodobniej pierwszy z trzech postojów zaplanowanych przez Brazylijczyka na ten wyścig. Kierowca Ferrari na tor powrócił tuż za Fisichellą na ósmej pozycji, jednak pod koniec 16 okrążenia tuż przed szykaną wyprzedził Włocha i awansował na siódmą pozycję. Następnie Fisichella wraz z jadącym na szóstej pozycji Trullim zjechali bo boksów i Barrichello znalazł się na pozycji szóstej. Po tych postojach Trulli i Fisichella znaleźli się kolejno na 12 i 13 pozycji, a ostatnim kierowcą, który zjechał do boksów pod koniec 16 okrążenia był Panis, który po postoju spadł na przedostatnią pozycję.

Pod koniec 17 okrążenia do boksów zjechał Verstappen, a pod koniec kolejnego okrążenia także i dotychczasowy lider wyścigu – Michael Schumacher zawitał do boksów. Na prowadzeniu znalazł się w tym momencie Montoya, Schumacher po postoju na tor powrócił tuż za Hakkinenem na czwartej pozycji, natomiast Verstappen spadł na 17 pozycję. W przeciągu trzech kolejnych okrążeń w boksach zatrzymywali się następujący kierowcy: Villeneuve, Heidfeld, Bernoldi, Yoong, Button, Montoya, Alonso i Enge. Prowadzenie wyścigu objął tymczasowo drugi kierowca z zespołu Williams – Ralf Schumacher, natomiast pod koniec 22 okrążenia w boksach ponownie znalazł się Bernoldi, aby odbyć karę 10-sekundowego postoju w boksach. Brazylijczyk karę tą otrzymał za zbyt szybkie ścięcie szykany, przez co zyskał przewagę nad swoimi rywalami. Po jej odbyciu Bernoldi nadal zajmował przedostatnią pozycję. Pod koniec 23 okrążenia postoje w boksach zaliczyli czterej kolejni kierowcy: Ralf Schumacher, Coulthard, Irvine i Frentzen. Czwartym z kolei liderem wyścigu został w tym momencie Hakkinen, Ralf Schumacher i Coulthard znaleźli się kolejno na piątej i szóstej pozycji, natomiast Irvine spadł z powrotem na dziesiątą pozycję, jednak okazało się, że w trakcie postoju do jego bolidu nie została dolana ani jedna kropla paliwa i Irlandczyk na kolejnym okrążeniu musiał ponownie zjechać do boksów. Niestety także i tym razem dystrybutor paliwa nie chciał działać poprawnie i nie mając innego wyjścia Irvine musiał wycofać się z wyścigu.

Pierwszą rundę postojów zakończyli Hakkinen i de la Rosa zatrzymując się w boksach odpowiednio pod koniec 24 i 26 okrążenia. W tym momencie kolejność pierwszych ośmiu kierowców wróciła do stanu sprzed postojów – na prowadzenie powrócił Michael Schumacher, jednak nad jadącym na drugiej pozycji Montoyą miał już tylko niewiele ponad pięć sekund przewagi. Na dziewiątą pozycję awansował Villeneuve, który oprócz skorzystania z problemów Irvine'a w bezpośredniej walce zdołał na 24 okrążeniu wyprzedzić Buttona. Kolejni czterej kierowcy – Heidfeld, de la Rosa, Alonso oraz Enge także awansowali minimum o jedną pozycję, przy czym Alonso i Enge podczas pierwszej serii postojów zyskali dodatkowo po dwie pozycje dzięki późniejszym od Verstappena i Panisa postojom. Ci dwaj ostatni ze względu na wycofanie się z wyścigu Irvine'a w sumie stracili tylko po jednej pozycji, natomiast Bernoldi ze względu na odbycie kary stop-and-go utrzymał się na 18 pozycji, ponieważ poza skorzystaniem z kłopotów Irvine'a stracił jedną pozycję na rzecz Frentzena. Na ostatniej pozycji podobnie jak przed wszystkimi postojami nadal znajdował się Yoong.

Pod koniec 29 okrążenia po raz drugi do boksów zjechali Barrichello i Ralf Schumacher, jednak tylko Brazylijczyk zaliczył w tym momencie drugi z trzech zaplanowanych postojów, natomiast kierowca z zespołu Williams odbył karę 10-sekudnowego postoju w boksach, którą otrzymał za ścięcie szykany na 25 okrążeniu, przez co zyskał przewagę nad rywalami. Dowodem na to może być fakt, iż właśnie 25 okrążenie Niemiec pokonał najszybciej z dotychczasowych okrążeń. Tymczasem postój Barrichello przedłużył się o kilka sekund, ponieważ w jego trakcie mechanicy z zespołu Ferrari musieli ponownie uruchomić silnik w bolidzie Brazylijczyka. Kiedy obydwaj kierowcy wyjeżdżali równocześnie z boksów o mały włos nie doszło do wypadku, ponieważ z niewyjaśnionych przyczyn Barrichello przez chwilę nie nabierał prędkości po opuszczeniu strefy, w której obowiązuje limit prędkości i jadący tuż za nim Ralf Schumacher dosłownie w ostatnim momencie zdołał go wyminąć. Co prawda Niemiec przy okazji wyjechał poza białą linię oddzielającą tor od wyjazdu z boksów, jednak w tym przypadku nie było to przewinienie, ponieważ tylko w ten sposób młodszy z braci Schumacherów uniknął kolizji. Tak więc po powrocie na tor obaj kierowcy znaleźli się kolejno na piątej pozycji – Ralf Schumacher i na szóstej – Barrichello.

Na początku 30 okrążenia Frentzen wyprzedził Panisa, a na kolejnym okrążeniu także Verstappena i awansował na 14 pozycję. W międzyczasie szykanę ściął również drugi kierowca z zespołu Williams – Montoya, jednak w tym przypadku sędziowie stwierdzili, iż Kolumbijczyk nie zyskał w ten sposób przewagi nad rywalami. Pod koniec 32 okrążenia tuż przed szykaną Barrichello zaatakował Ralfa Schumachera dokładnie w ten sam sposób, co Montoyę na początku wyścigu. Wszystko byłoby w porządku, gdyby nie fakt, że Ralf poprzez ścięcie szykany zdołał odzyskać piątą pozycję i dodatkowo nie miał zamiaru przepuścić z powrotem Brazylijczyka, wręcz zajeżdżał mu drogę. Barrichello postawił jednak na swoim i pod koniec prostej startowej zdołał wyprzedzić Niemca, który tylko dzięki temu uniknął kolejnej kary.

Pod koniec 33 okrążenia Trulli, Heidfeld i Panis zapoczątkowali drugą i zarazem ostatnią rundę postojów dla kierowców, którzy tylko dwa razy planowo zamierzali odwiedzać boksy podczas tego wyścigu. Runda ta zakończyła się postojem de la Rosy pod koniec 41 okrążenia, a wraz z Hiszpanem trzeci postój w boksach odbył także Barrichello. W tym momencie kolejność pierwszych sześciu kierowców wróciła do stanu sprzed drugiej rundy postojów – Michael Schumacher był nadal liderem wyścigu, a przewaga Niemca nad znajdującym się na drugiej pozycji Montoyą utrzymała się mniej więcej na tym samym poziomie – czyli w okolicy sześciu sekund. Stratni po tej serii postojów byli przede wszystkim kierowcy, którzy wcześniej jechali na siódmej i dziewiątej pozycji – Trulli i Villeneuve. Przed Trullim znaleźli się kierowcy z zespołu Benetton – Fisichella oraz Button, natomiast Villeneuve stracił tylko jedną pozycję na rzecz Buttona. Kolejna zmiana w kolejności kierowców nastąpiła na pozycjach od 14 do 17 za sprawą Enge i Verstappena. Obaj kierowcy podczas tej rundy postojów boksy odwiedzali aż dwukrotnie – Czech ze względu na pomylenie tablic informacyjnych, natomiast Verstappen oprócz planowanego postoju odbył także karę stop-and-go za wyprzedzanie podczas okrążenia rozgrzewającego. W związku z tymi wydarzeniami na 14 i 15 pozycję awansowali kolejno Frentzen i Panis, Enge i Verstappen znaleźli się na 16 i 17 pozycji, natomiast na dwóch ostatnich pozycjach tak jak przed drugą rundą postojów znajdowali się nadal Bernoldi i Yoong.

Na 43 okrążeniu Enge po raz czwarty zjechał do boksów ze względu na problemy z hamulcami. Niestety mechanicy z zespołu Prost nie potrafili zidentyfikować usterki i chociaż Czech powrócił jeszcze do wyścigu, to jednak po przejechaniu dwóch kolejnych okrążeń stwierdził, iż dalsza jazda jest zbyt niebezpieczna i wycofał się z wyścigu. W między czasie Villeneuve wyprzedził Trullego, jednak wykorzystał do tego celu ścięcie szykany i w związku z tym od razu przepuścił Włocha z powrotem na dziewiątą pozycję. Na 47 okrążeniu ze względu na wyciek oleju z wyścigu odpadł de la Rosa, który do tego momentu jechał na 12 pozycji. Pod koniec 48 okrążenia już na prostej startowej Hakkinen niespodziewanie przepuścił Coultharda na trzecią pozycję. Na kolejnym okrążeniu awaria skrzyni biegów wyeliminowała z wyścigu Fisichellę. Cztery okrążenia przed końcem wyścigu Villeneuve ponownie próbował wyprzedzić Trullego, jednak tym razem podczas hamowania przed szykaną wpadł w poślizg i zamiast zyskać jedną pozycję, został w tym momencie wyprzedzony przez Heidfelda. Ostatnim pechowcem Grand Prix Japonii 2001 był Verstappen, który z niewyjaśnionych przyczyn nie ukończył ostatniego okrążenia i zamiast tego zjechał do boksów, tracąc w ten sposób 14 pozycję na rzecz zespołowego partnera – Bernoldiego.