Michael Schumacher wystartował bardzo dobrze i z łatwością utrzymał prowadzenie do pierwszego zakrętu, natomiast drugi kierowca Ferrari – Rubens Barrichello został tuż po starcie wyprzedzony przez Ralfa Schumachera i spadł na trzecią pozycję. Drugi kierowca z zespołu Williams – Juan Pablo Montoya utrzymał się na czwartej pozycji, a oprócz Kolumbijczyka także kierowcy z zespołu McLaren – Kimi Raikkonen oraz David Coulthard zdołali zachować swoje pierwotne pozycje startowe. Startujący z siódmej pozycji Nick Heidfeld został wyprzedzony przez kierowców z zespołu Renault – Jarna Trullego oraz Jensona Buttona i spadł na dziewiątą pozycję, a za plecami Niemca znalazł się jego partner z zespołu Sauber – Felipe Massa, który tuż po starcie wyprzedził Jacquesa Villeneuve'a. Drugi kierowca z zespołu BAR – Olivier Panis utrzymał się na 12 pozycji, natomiast na kolejną pozycję awansował Takuma Sato, po wyprzedzeniu Heinza-Haralda Frentzena. Szansę na wyprzedzenie kierowcy z zespołu Arrows miał również drugi kierowca z zespołu Jordan – Giancarlo Fisichella, jednak Frentzen w zdecydowany sposób zajechał mu drogę i Włoch chcąc uniknąć zderzenia musiał skorzystać z pobocza. Niestety kosztowało go to utratę aż czterech pozycji, ponieważ w tym momencie został wyprzedzony przez Mikę Salo (Toyota), kierowców z zespołu Jaguar – Eddiego Irvine'a oraz Pedra de la Rosą, a także przez drugiego kierowcę z zespołu Arrows – Enrique Bernoldiego. Za Fisichellą na ostatniej pozycji znalazł się jedyny reprezentant zespołu Minardi w tym wyścigu – Mark Webber, który tuż po starcie został wyprzedzony przez Bernoldiego i de la Rosę, który z kolei w chwilę później wyminął również kierowcę z zespołu Arrows i w ten sposób awansował na 17 pozycję. Tymczasem startujący pierwotnie z tej właśnie pozycji drugi kierowca Toyoty – Allan McNish zaraz po ruszeniu z miejsca stracił nagle całą siłę napędową i musiał zjechać na pobocze, a to z kolei oznaczało koniec jego udziału w tym wyścigu.

W środkowej części toru de la Rosa został wyprzedzony przez trzech kierowców: Bernoldiego, Fisichellę oraz Webbera i w ten sposób znalazł się na ostatniej pozycji. Bernoldi nie poprzestał tylko na jednym kierowcy z zespołu Jaguar i po wyprzedzeniu Irvine'a pod koniec pierwszego okrążenia awansował na 16 pozycję. Na drugim okrążeniu Frentzen odzyskał 13 pozycję utraconą tuż po starcie na rzecz Sato. Trzy okrążenia później Japończyk znalazł się w jeszcze większych opałach, ponieważ skrzynia biegów w jego bolidzie utknęła na pierwszym biegu i musiał on zjechać do boksów. Mechanicy z zespołu Jordan nie wiele mogli jednak na to poradzić i chociaż Sato powrócił jeszcze na tor, to ze względu na ten sam problem wkrótce wycofał się z wyścigu. Na szóstym okrążeniu Bernoldi wyprzedził Salo i w ten sposób znalazł się tuż za zespołowym partnerem na 14 pozycji.

Po 10 okrążeniach Michael Schumacher miał osiem sekund przewagi nad młodszym bratem, za którym w niewielkiej odległości podążał drugi kierowca Ferrari – Barrichello, natomiast jadący na czwartej pozycji Montoya miał już ponad 16 sekund straty do lidera. Pod koniec 16 okrążenia do boksów jako pierwszy kierowca udał się Heidfeld. Problem polegał jednak na tym, że Niemiec źle zrozumiał komunikat radiowy od swojego zespołu i kiedy dotarł na stanowisko serwisowe zespołu Sauber, mechanicy nie byli przygotowani na jego przybycie. Z tego powodu postój ten przedłużył się do 18 sekund i na domiar złego w jego trakcie wymienione zostały tylko opony, natomiast nie został uzupełniony zapas paliwa, co w praktyce oznaczało, iż Heidfelda czekał wkrótce kolejny postój. Po powrocie na tor Niemiec znalazł się na 16 pozycji, jednak po chwili udało mu się wyprzedzić Salo oraz Fisichellę. Na następnym okrążeniu postój w boksach odbył również drugi kierowca z zespołu Sauber – Massa. W tym przypadku wszystko odbyło się już zgodnie z planem i po trwającym niecałe 10 sekund postoju Brazylijczyk powrócił na tor na 13 pozycji. Po postojach kierowców z zespołu Sauber w pierwszej dziesiątce znaleźli się kierowcy z zespołu BAR – Villeneuve oraz Panis.

Pod koniec 19 okrążenia Heidfeld ponownie pojawił się w boksach i po zatankowaniu paliwa powrócił do walki na ostatniej pozycji. Na następnym okrążeniu problemy techniczne wyeliminowały z wyścigu drugiego kierowcę z zespołu Jordan – Fisichellę, jadącego do tego momentu na 16 pozycji. Pod koniec 22 okrążenia pierwsze postoje odbyli Trulli i Bernoldi, a na kolejnym okrążeniu boksy odwiedzał także i drugi kierowca z zespołu Renault – Button. Na pozycje od siódmej do dziewiątej awansowali w tym momencie Villeneuve, Panis i Frentzen, natomiast kierowcy z zespołu Renault na tor powrócili na 10 i 11 pozycji, ale w odwrotnej kolejności, ponieważ dzięki późniejszemu o jedno okrążenie postojowi Button zdołał przeskoczyć zespołowego partnera. Bernoldiego tymczasem w trakcie postoju wyprzedził tylko jeden kierowca, a był nim Massa, który w ten sposób znalazł się ponownie za kierowcami z zespołu Renault. W międzyczasie okazało się, iż Heidfeld podczas ostatniej wizyty w boksach przekroczył obowiązujący tam limit prędkości i w związku z tym czekał go już drugi nieplanowany zjazd do boksów w tym wyścigu. Zanim to się jednak stało, planowany postój w boksach pod koniec 24 okrążenia odbył Salo. Fin w wyniku postoju spadł na ostatnią pozycję, natomiast Heidfeld po odbyciu kary na kolejnym okrążeniu zdołał utrzymać się na przedostatniej pozycji.

Na 26 okrążeniu z wyścigu wycofał się jadący do tego momentu na dziewiątej pozycji Frentzen. Pod koniec tego, jak i następnego okrążenia pierwsze postoje w boksach odbyli kierowcy z zespołu BAR – Villeneuve i Panis, a także Webber. Na pozycje od siódmej do dziewiątej awansowali w tym momencie Button, Trulli i Massa, natomiast kierowcy z zespołu BAR po powrocie na tor znaleźli się kolejno na 10 i 11 pozycji. Webber po postoju, w trakcie którego mechanicy z zespołu Minardi uzupełnili tylko zapas paliwa, spadł na przedostatnią pozycję. W międzyczasie jadący od trzech okrążeń na końcu stawki Salo wycofał się z wyścigu ze względu na problemy ze skrzynią biegów. Pod koniec 30 okrążenia postoje w boksach odbyli kolejni kierowcy – Raikkonen i Irvine. Fin w trakcie postoju został tylko wyprzedzony przez zespołowego partnera – Coultharda i po powrocie na tor był szósty, natomiast Irvine'a oprócz partnera zespołowego – de la Rosy wyprzedził również Heidfeld i Irlandczyk na tor wyjechał przed Webberem na przedostatniej pozycji.

Pod koniec 31 okrążenia – czyli dokładnie w połowie dystansu wyścigu postoje w boksach odbyli bracia Schumacherowie, zajmujący do tego momentu dwie pierwsze pozycje. Przed postojem starszy z braci – Michael miał ponad 15 sekund przewagi nad kierowcą z zespołu Williams, za którym w bliskiej odległości nadal podążał drugi kierowca Ferrari – Barrichello i to właśnie on objął w tym momencie prowadzenie wyścigu. Nie cieszył się z niego jednak zbyt długo, ponieważ pod koniec następnego okrążenia także zjechał do boksów, a wraz z nim postój zaliczył również i drugi kierowca z zespołu Williams – Montoya. Na prowadzenie powrócił w tym momencie Michael Schumacher, natomiast Barrichello na tor zdołał wyjechać tuż przed młodszym z braci – Ralfem na drugiej pozycji i w ten sposób zyskał jedno miejsce. Montoya tymczasem znalazł się ponownie na czwartej pozycji. Co ciekawe, zarówno postoje kierowców z zespołu Ferrari, jak i Williams były dosyć krótkie (maksymalnie 7.4 sekundy) i to wskazywało na to, iż wszyscy czterej kierowcy zamierzali w tym wyścigu odbyć jeszcze jeden postój. W międzyczasie tankowanie paliwa i zmianę opon zaliczył drugi kierowca z zespołu Jaguar – de la Rosa, przy czym Hiszpan w chwilę po wyjechaniu z boksów wycofał się z wyścigu ze względu na uszkodzenia wywołane częstym najeżdżaniem na krawężniki.

Ostatni kierowca, który nie miał jeszcze na swoim koncie ani jednego postoju – Coulthard w boksach zjawił się pod koniec 34 okrążenia. Postój Szkota podobnie jak w przypadku kierowców z zespołów Ferrari i Williams także był bardzo krótki, jednak mimo to nie udało mu się odzyskać szóstej pozycji, którą zajmował przed postojami, ponieważ oprócz Raikkonena w trakcie serwisowania został również wyprzedzony przez Buttona. Drugą rundę postojów zapoczątkował na 37 okrążeniu Massa. Przed Brazylijczykiem na dziewiątej i dziesiątej pozycji znaleźli się w tym momencie kierowcy z zespołu BAR – Villeneuve oraz Panis. Trzy okrążenia później drugą planowaną, a czwartą w sumie wizytę w boksach zaliczył również drugi kierowca z zespołu Sauber – Heidfeld. Niemiec w trakcie postoju nie stracił ani jednej pozycji i po powrocie na tor był nadal trzynasty. Po 41 okrążeniach dwa postoje w boksach mieli zaliczone także obydwaj kierowcy z zespołu Renault – Button i Trulli. Na szóstą pozycję powrócił w tym momencie Coulthard, jednak jego również czekała jeszcze druga wizyta w boksach, podobnie jak i kierowców z zespołu BAR, którzy znaleźli się tymczasowo przed Trullim na ósmej i dziewiątej pozycji.

Pod koniec 44 okrążenia problemy techniczne wyeliminowały z wyścigu pierwszego kierowcę z czołówki – Raikkonena. W tym momencie na piątą pozycję awansował drugi kierowca z zespołu McLaren – Coulthard. Mniej więcej w tym samym czasie drugie postoje w boksach odbyli Bernoldi i Webber. Kierowca z zespołu Arrows w trakcie postoju został wyprzedzony przez Heidfelda i znalazł się na 13 pozycji, natomiast Webber był nadal ostatni. Następnie udział w wyścigu zakończyli dwaj kolejni kierowcy – jadący do tego momentu na ósmej pozycji Panis oraz Irvine, który podobnie jak wcześniej drugi kierowca z zespołu Jaguar – de la Rosa jazdę zakończył tuż po odbyciu postoju w boksach z tego samego powodu. Z problemów Irvine'a skorzystał tylko Webber, który awansował na 12 pozycję, ale nadal był ostatni.

Drugie i zarazem ostatnie postoje w tym wyścigu kierowcy z zespołów Ferrari i Williams odbyli na przestrzeni okrążeń 46-48. Tym razem nie nastąpiła już żadna zmiana w kolejności pierwszej czwórki, nawet pomimo przedłużonego o kilka sekund postoju Barrichello (ze względu na problemy z założeniem jednego z tylnych kół), ponieważ Brazylijczyk dysponował już w tym momencie wystarczającą do utrzymania drugiej pozycji przewagą nad Ralfem Schumacherem. Pod koniec 49 okrążenia w boksach znaleźli się ostatni kierowcy, którzy na swoim koncie mieli tylko jeden postój – Coulthard oraz Villeneuve. Szkot w trakcie postoju, podczas którego mechanicy z zespołu McLaren uzupełnili tylko zapas paliwa, został wyprzedzony przez Buttona i po powrocie na tor znalazł się na szóstej pozycji, natomiast Villeneuve pomimo postoju zdołał utrzymać się na siódmej pozycji, przed Trullim i Massą.

Na 52 okrążeniu udział w wyścigu zakończył drugi kierowca z zespołu Arrows – Bernoldi i w tym momencie na 11 pozycję awansował Webber. Ostatnim wydarzeniem w Grand Prix San Marino 2002 był pojedynek o ósmą pozycję pomiędzy Trullim i Massą. Pojedynek ten w decydującą fazę wkroczył pięć okrążeń przed końcem wyścigu, a jego rozstrzygnięcie nastąpiło już na następnym okrążeniu – po perfekcyjnie przeprowadzonym ataku pod koniec łagodnie skręcającej w prawą stronę najdłuższej prostej na torze Imola Brazylijczyk wyprzedził kierowcę z zespołu Renault i awansował na ósmą pozycję.