Podczas startu do okrążenia rozgrzewającego Jarno Trulli miał kłopoty z wrzuceniem pierwszego biegu i z miejsca ruszył dopiero w momencie, gdy startujący z dalszych pozycji kierowcy zdołali już go wyminąć. Z tego powodu kierowca Renault zamiast z wywalczonej podczas sesji kwalifikacyjnej 11 pozycji Grand Prix Włoch musiał rozpocząć z ostatniej. Początek wyścigu dla kierowcy startującego z pole position – Juana Pablo Montoi także nie był zbyt udany, gdyż Kolumbijczyk ze względu na nienajlepszy start od razu musiał przystąpić do zdecydowanej obrony swojej pozycji. Co prawda udało mu się odeprzeć atak Michaela Schumachera, jednak startujący z trzeciej pozycji partner z zespołu Williams – Ralf Schumacher zdołał zrównać się z Montoyą przed pierwszą szykaną i obaj kierowcy zaczęli ją pokonywać jadąc obok siebie. Młodszy z braci Schumacherów postanowił jednak ułatwić sobie nieco zadanie i drugi zakręt składający się na tę właśnie szykanę po prostu ściął, co dało mu wyraźną przewagę nad zespołowym partnerem i tym samym prowadzenie. Tymczasem starszy z braci Schumacherów tuż przed pierwszą szykaną dodatkowo został wyprzedzony przez drugiego kierowcę Ferrari – Rubensa Barrichello i znalazł się na czwartej pozycji. Za plecami kierowców z włoskiej stajni walkę o piątą pozycję na prostej startowej toczyli między sobą Eddie Irvine (Jaguar) oraz kierowcy z zespołu McLaren – Kimi Raikkonen i David Coulthard. Irlandczyk podobnie jak Ralf Schumacher także ściął drugą część szykany, jednak w przeciwieństwie do kierowcy z zespołu Williams uczynił to znacznie wolniej i z tego powodu znalazł się za kierowcami z zespołu McLaren na siódmej pozycji.

Tymczasem pomiędzy Raikkonenem i Coulthardem doszło do niewielkiej kolizji tuż przed pierwszą szykaną, w wyniku której z bolidu Szkota odpadł przedni spojler i wkrótce został on wyprzedzony przez Irvine'a, a następnie przez Allana McNisha (Toyota), który podczas wyjątkowo udanego startu wyprzedził aż czterech kierowców i dzięki kłopotom Coultharda zajmował już siódmą pozycję. Partner McNisha – Mika Salo również przed drugą szykaną zdołał wyminąć kierowcę z zespołu McLaren, za którym znaleźli się kierowcy z zespołu BAR – Olivier Panis i Jacques Villeneuve, a także Felipe Massa (Sauber) oraz drugi kierowca z zespołu Jaguar – Pedro de la Rosa, który ze względu na nienajlepszy start stracił aż pięć miejsc. Na 15 pozycję z ostatniej awansował Jarno Trulli, natomiast za Włochem znalazł się drugi kierowca z zespołu Renault – Jenson Button. Całą stawkę zamykali w tym momencie kierowcy z zespołów Jordan i Minardi – Takuma Sato, Giancarlo Fisichella, Mark Webber i Alex Yoong. Fisichella ze względu na nienajlepiej działający system kontroli startu w swoim bolidzie był najbardziej stratnym kierowcą, gdyż z jedenastej pozycji spadł aż na osiemnastą. W dalszej części pierwszego okrążenia Coultharda wyprzedzali kolejni rywale i pod koniec ostatniej prostej Szkot zajmował już 16 pozycję. Zamieszanie związane z wymijaniem wolniej jadącego bolidu McLaren wykorzystali przede wszystkim Heidfeld i Trulli do wyprzedzenia Massy oraz de la Rosy i dzięki temu awansowali kolejno na 11 i 12 pozycję. Ponadto de la Rosę wyprzedził również Button, spychając w ten sposób Hiszpana na 15 pozycję. Fisichella tymczasem wyprzedził partnera z zespołu Jordan – Sato i następnie korzystając z faktu, iż Coulthard musiał zjechać do boksów po nowy spojler, przesunął się na 16 pozycję. Sato, Webber i Yoong także wyprzedzili Szkota, który po odbyciu niezbędnych napraw na stanowisku serwisowym zespołu McLaren powrócił do wyścigu na ostatniej pozycji, mając już blisko minutę straty do lidera.

Na początku drugiego okrążenia Heidfeld wyprzedził Villeneuve'a i awansował do pierwszej dziesiątki, natomiast Button wyprzedził Massę i znalazł się na 13 pozycji. Pod koniec tego okrążenia Yoong próbował na prostej startowej wyprzedzić partnera z zespołu Minardi – Webbera, jednak w końcu musiał uznać wyższość Australijczyka i pozostał na przedostatniej pozycji. Na trzecim okrążeniu Villeneuve został wyprzedzony przez Trullego, a na początku kolejnego okrążenia także przez drugiego kierowcę Renault – Buttona i spadł na 13 pozycję. Pod koniec czwartego okrążenia kłopoty z silnikiem zaczął mieć dotychczasowy lider wyścigu – Ralf Schumacher. Z tego powodu podczas pokonywania zakrętu Parabolica Niemca najpierw wyprzedził partner z zespołu Williams – Montoya, a następnie Barrichello, który przy okazji na tyle blisko zdołał zbliżyć się do Kolumbijczyka, iż bez najmniejszego problemu wyprzedził go na prostej startowej, obejmując w ten sposób prowadzenie. Następnie Ralfa Schumachera wyprzedził również starszy brat – Michael, który dzięki temu awansował na trzecią pozycję, natomiast kierowca z zespołu Williams tuż przed pierwszą szykaną poddał się w końcu i z dymiącym silnikiem zjechał z toru, kończąc tym samym udział w Grand Prix Włoch. Na początku szóstego okrążenia Montoya także został wyprzedzony przez Michaela Schumachera i znalazł się na trzeciej pozycji, natomiast Panis na kolejnym okrążeniu wyprzedził Salo i awansował na siódmą pozycję.

Na 10 okrążeniu Sato wpadł w poślizg podczas pokonywania drugiej szykany i zanim nawrócił swój bolid w odpowiednim kierunku, został wyprzedzony przez kierowców z zespołu Minardi i jazdę kontynuował na przedostatniej pozycji. Po 10 okrążeniach Barrichello miał już blisko 10 sekund przewagi nad Michaelem Schumacherem, natomiast jadący na trzeciej pozycji Montoya do Brazylijczyka tracił ponad 15 sekund. Pod koniec 12 okrążenia z podejrzeniem awarii tylnego zawieszenia bo boksów zjechał zajmujący do tej pory szóstą pozycję McNish. Mechanicy Toyoty na pierwszy rzut oka nie stwierdzili jednak żadnych nieprawidłowości i po blisko 26 sekundach spędzonych na stanowisku serwisom Szkot powrócił do wyścigu na ostatniej pozycji, a w tym momencie do pierwszej szóstki awansował Panis. Niestety prowadzenie bolidu stawało się coraz trudniejsze i po przejechaniu kolejnego okrążenia McNish postanowił wycofać się z wyścigu. Na początku 15 okrążenia wyraźne ścięcie pierwszej szykany do wyprzedzenia Massy wykorzystał de la Rosa. Hiszpan nie przepuścił jednak z powrotem na 12 pozycję kierowcy z zespołu Sauber, który dopiero na kolejnym okrążenia tuż przed ostatnią szykaną sam próbował ją odzyskać. Niestety Brazylijczyk zbyt wcześnie chciał powrócić na optymalny tor jazdy i zaczepił tylnym kołem swojego bolidu o przednie koło bolidu Jaguar, eliminując w ten sposób de la Rosę z wyścigu. Sam co prawda kontynuował jazdę, ale wkrótce okazało się, iż jego bolid także został poważnie uszkodzony podczas tej kolizji i na 17 okrążeniu kierowca z zespołu Sauber zjechał z toru. Na pozycje od 12 do 16 awansowali w tym momencie Fisichella, Webber, Yoong, Sato i Coulthard.

Pod koniec 18 okrążenia pierwszą rundę postojów dla kierowców, którzy planowali odbycie dwóch wizyt w boksach podczas tego wyścigu zapoczątkował Heidfeld. Oprócz Niemca na taką samą strategię zdecydowali się jeszcze tylko dwaj inni kierowcy – Barrichello i Panis. Kierowcy ci swoje pierwsze postoje zaliczyli na kolejnym okrążeniu. Heidfeld w trakcie postoju został wyprzedzony przez kierowców Renault oraz Villeneuve'a, Fisichellę i Webbera, po czym na tor powrócił na 13 pozycji, natomiast Panisa, który z boksów wyjechał przed Webberem na 11 pozycji, dodatkowo wyprzedził Salo, awansując w ten sposób na szóstą pozycję. Prowadzenie wyścigu objął tymczasem drugi kierowca Ferrari – Michael Schumacher, natomiast Barrichello, który tuż przed postojem miał ponad 16 sekund przewagi nad Niemcem, znalazł się tymczasowo na drugiej pozycji. W międzyczasie Coulthard wyprzedził Sato oraz Yoonga i awansował 14 pozycję, a na 21 okrążeniu był już trzynasty, gdyż awaria elektryki wyeliminowała z wyścigu jadącego na tej właśnie pozycji Webbera. Pod koniec 22 i 24 okrążenia jedyne zaplanowane na ten wyścig postoje odbyli kierowcy Renault – Trulli i Button. Obaj kierowcy w trakcie postojów zostali wyprzedzeni przez Villeneuve'a, Fisichellę, Panisa, Heidfelda oraz Coultharda i na tor powrócili w odwrotnej kolejności, tj. Button na 12, a Trulli na 13 pozycji.

Od 28 do 30 okrążenia tankowanie paliwa i zmianę opon zaliczyli kolejni kierowcy – Michael Schumacher, Irvine, Yoong, Montoya i Salo. W tym momencie kolejność trzech pierwszych kierowców wróciła do stanu sprzed postojów, ponieważ na prowadzeniu znalazł się ponownie Barrichello, natomiast Schumacher i Montoya powrócili na drugą i trzecią pozycję. W międzyczasie w bolidzie jadącego na czwartej pozycji Raikkonena nastąpiła awaria silnika i Fin wycofał się z wyścigu. Dzięki temu Irvine awansował na czwartą pozycję, natomiast Salo w trakcie postoju został wyprzedzony przez Villeneuve'a, Fisichellę, Panisa, Heidfelda, Coultharda oraz kierowców Renault i na tor powrócił aż na 12 pozycji. Yoong tymczasem po zakończeniu postoju ze względu na kłopoty z elektroniką bolidu nie mógł ruszyć z miejsca i mechanicy z zespołu Minardi musieli zabrać się do rozwiązania tego problemu, co zabrało im kilka minut. Usterka dała się jednak usunąć i Malezyjczyk ze stratą sześciu okrążeń do lidera powrócił do wyścigu na ostatniej pozycji.

Na 34 okrążeniu Montoya ponownie zjechał do boksów ze względu na awarię zawieszenia. Niestety usterka okazała się być nie do usunięcia i w ten sposób Kolumbijczyk zakończył udział w Grand Prix Włoch. Na trzecią pozycję awansował w tym momencie Irvine. W chwilę później Salo odbył karny przejazd przez strefę boksów za przekroczenie białej linii oddzielającej tor od wyjazdu z boksów tuż po postoju na 30 okrążeniu. Po powrocie na tor Fin nadal zajmował 11 pozycję, a w międzyczasie Button przepuścił zespołowego partnera – Trullego na dziewiątą pozycję. Na przestrzeni czterech kolejnych okrążeń jedyne zaplanowane na ten wyścig postoje odbyli Villeneuve, Sato i Fisichella, natomiast drugie wizyty w boksach zaliczyli Barrichello, Heidfeld i Coulthard, przy czym dla Szkota był to dopiero pierwszy planowany postój. Na czwartą pozycję awansował tymczasowo Panis, jednak Francuza czekał jeszcze jeden postój w boksach, natomiast na piątej i szóstej pozycji znaleźli się kierowcy Renault – Trulli i Button. Fisichella tymczasem na tor zdołał powrócić tuż przed Villeneuve'em na siódmej pozycji, podobnie zresztą jak i Coulthard, który zdołał przeskoczyć Heidfelda i dzięki temu awansował na dziewiątą pozycję.

Na 39 okrążeniu Panis wyprzedził Irvine'a i znalazł się na trzeciej pozycji. Kierowca z zespołu BAR nie cieszył się jednak zbyt długo z posiadania tez pozycji, gdyż na 42 okrążeniu odbył drugi i zarazem ostatni postój w boksach, w trakcie którego został wyprzedzony przez Irvine'a oraz kierowców Renault i na tor powrócił na szóstej pozycji. Na kolejnym okrążeniu Coulthard wyprzedził Villeneuve'a i awansował na ósmą pozycję. Trzy okrążenia przed końcem wyścigu po zaciętej walce kierowcy z zespołu McLaren udało się również wyprzedzić Fisichellę i dzięki temu Grand Prix Włoch ukończył na siódmej pozycji.