Podczas startu do okrążenia rozgrzewającego Rubens Barrichello, który zakwalifikował się do tego wyścigu na drugiej pozycji, nie zdołał ruszyć z miejsca ze względu na awarię skrzyni biegów i kiedy pozostali kierowcy opuścili prostą startową, mechanicy z zespołu Ferrari zapchali bolid Brazylijczyka do boksów. Okazało się jednak, że usterka ta nie jest do usunięcia w krótkim czasie i w ten sposób Barrichello zakończył swój udział w Grand Prix Hiszpanii 2002 jeszcze przed startem. Dzięki temu wszyscy kierowcy począwszy od Ralfa Schumachera automatycznie zyskali po jednej pozycji.

Michael Schumacher tuż po starcie znalazł się pod presją ze strony młodszego brata, jednak kierowca z zespołu Williams nie był w stanie wykorzystać niewielkiej przewagi wynikającej z lepszego startu i musiał zadowolić się drugą pozycją. Partner Ralfa Schumachera – Juan Pablo Montoya także utrzymał się na trzeciej pozycji, natomiast Jenson Button zaraz po ruszeniu z miejsca zdołał wyprzedzić Kimiego Raikkonena i już wydawało się, że kierowca z zespołu Renault ma zagwarantowaną czwartą pozycję, kiedy Raikkonen pod koniec prostej startowej przypuścił kontratak i zaraz przed pierwszym zakrętem najpierw zrównał się z Brytyjczykiem, a w trakcie pokonywania tego zakrętu wyprzedził go i w ten sposób odzyskał czwartą pozycję. Drugi kierowca z zespołu McLaren – David Coulthard bez problemu utrzymał się na szóstej pozycji, tymczasem na siódmą pozycję awansował partner Buttona – Jarno Trulli, który w przeciwieństwie do Brytyjczyka po wyprzedzeniu Nicka Heidfelda nie oddał już swojej pozycji. Kolejne dwie pary kierowców – Heinz-Harald Frentzen (Arrows) i Felipe Massa (Sauber) oraz Giancarlo Fisichella (Jordan) i Olivier Panis (BAR) także zamieniły się miejscami, a na 14 pozycję awansował tuż po starcie drugi kierowca z zespołu Jordan – Takuma Sato, który wyprzedził Mikę Salo (Toyota), Pedra de la Rosę (Jaguar) oraz drugiego kierowcę z zespołu BAR – Jacquesa Villeneuve'a. Ostatnia para kierowców – Allan McNish (Toyota) i Eddie Irvine (Jaguar) również zamieniła się miejscami i w ten sposób McNish znalazł się na ostatniej pozycji. Stan ten nie utrzymał się jednak zbyt długo, ponieważ w dalszej części pierwszego okrążenia obydwaj kierowcy Toyoty wyprzedzili kierowców z zespołu Jaguar i dzięki temu znaleźli się kolejno na 16 i 17 pozycji.

Na trzecim okrążeniu jadący na ostatniej pozycji de la Rosa wypadł z toru podczas pokonywania szóstego zakrętu i utknął na środku żwirowiska, skąd oczywiście nie udało mu się już wyjechać. Na tym samym okrążeniu pękła lewa tylna opona w bolidzie Salo i Fin musiał zjechać do boksów. Po powrocie na tor kierowca Toyoty był ostatni i miał już blisko minutę straty do lidera. W chwilę później w jeszcze większych opałach znalazł się również rodak Salo – Raikkonen, który na prostej startowej zgubił tylny spojler. Mimo to kierowca z zespołu McLaren nie stracił do końca panowania nad swoim bolidem podczas pokonywania pierwszego zakrętu i zdołał dowlec się do boksów, jednak ze względu na niewyjaśnione okoliczności awarii mechanicy nie próbowali nawet założyć nowego spojlera i to był koniec jazdy dla Fina. Na czwartą pozycję awansował w tym momencie Button. Kolejnym pechowcem był Fisichella, który ze względu na awarię układu hydraulicznego zaczął zwalniać na piątym okrążeniu, by pod jego koniec zjechać do boksów. Włoch także nie powrócił już do wyścigu, a na 11 pozycję awansował drugi kierowca z zespołu Jordan – Sato. Niestety Japończyk utrzymał się na tej pozycji tylko do 11 okrążenia, kiedy to w wyniku błędu wypadł z toru podczas pokonywania przedostatniego zakrętu na torze Catalunya, a następnie podczas próby powrotu na tor wpadł w poślizg i po wykonaniu kilku piruetów zatrzymał się na żwirowisku. W ten sposób w wyścigu tym nie pozostał już żaden kierowca z zespołu Jordan.

Po 20 okrążeniach Michael Schumacher miał 18 sekund przewagi nad młodszym bratem, za którym ze stratą ponad dwóch sekund podążał drugi kierowca z zespołu Williams – Montoya, natomiast jadący na czwartej pozycji Button miał już blisko 30 sekund straty do lidera. Pod koniec 23 okrążenia rozpoczęła się pierwsza runda postojów. Jako pierwsi postoje odbyli Trulli, Villeneuve oraz McNish. Na następnym okrążeniu tankowanie paliwa oraz zmianę opon zaliczyli czterej kolejni kierowcy – Ralf Schumacher, Button, Panis i Bernoldi. Do 28 okrążenia wszyscy kierowcy z wyjątkiem Coultharda mieli na swoim koncie przynajmniej jeden postój. Szkot zamierzał najpóźniej ze wszystkich kierowców zjechać do boksów i w tym momencie tymczasowo zajmował drugą pozycję. Poza tym na dalszych pozycjach nastąpiła tylko jedna zmiana w stosunku do sytuacji sprzed postojów – przed Frentzenem na 10 pozycji znalazł się Panis.

Na 29 okrążeniu Ralf Schumacher wypadł na chwilę z toru podczas pokonywania jednego z szybszych zakrętów i w tym momencie został wyprzedzony przez zespołowego partnera – Montoyę. W trakcie tej wycieczki w bolidzie Niemca uszkodzeniu uległ przedni spojler, a także oderwało się pionowe skrzydełko, umieszczone tuż za prawym przednim kołem, które na dodatek o mały włos nie wpadło do kokpitu. Po pozbyciu się "intruza", który utknął w okolicy lusterka, kierowca Williamsa pod koniec tego okrążenia zjechał do boksów. Po wymianie przedniego spojlera, która wraz ze zmianą opon trwała ponad 28 sekund, Ralf Schumacher powrócił na tor na 13 pozycji. W międzyczasie Coulthard zaliczył pierwszy postój w boksach i spadł na czwartą pozycję, jednak dosyć szybko zdołał dogonić jadącego przed nim Buttona, który po pierwszej rundzie postojów był ewidentnie wolniejszy od kierowcy z zespołu McLaren. W czasie, kiedy Szkot próbował dobrać się do Buttona, ze jego plecami znalazł się drugi kierowca Renault – Trulli, który również był zdecydowanie szybszy od zespołowego partnera. Przewaga Coultharda nad Brytyjczykiem była jednak znaczna i w końcu udało mu się go wyprzedzić, a stało się to na początku 34 okrążenia pod koniec prostej startowej.

Ze względu na fakt, iż Button był wyraźnie wolniejszy od Trullego, szefostwo zespołu Renault wkrótce nakazało Brytyjczykowi przepuszczenie partnera na czwartą pozycję. Stało się to jednak dopiero na 36 okrążeniu, a w tym momencie Coulthard miał już ponad cztery i pół sekundy przewagi. Na następnym okrążeniu Villeneuve wyprzedził Bernoldiego i awansował na 10 pozycję. Na 39 okrążeniu kierowca z zespołu Arrows po raz drugi w tym wyścigu zjechał do boksów, przy czym postój ten był podyktowany problemami z układem hydraulicznym. Po powrocie na tor Bernoldi znalazł się na ostatniej pozycji. Dwa okrążenia później trzeci postój w boksach odbył Ralf Schumacher. W trakcie tego postoju mechanicy z zespołu Williams oprócz zmiany opon i uzupełnienia zapasu paliwa dokonali również ponownej wymiany przedniego spojlera w bolidzie Niemca, jednak o dziwo cała ta operacja trwała tym razem zaledwie 10 sekund. Po powrocie na tor młodszy z braci Schumacherów spadł na 13 pozycję.

Na kolejnym okrążeniu drugie postoje w boksach zaliczyli Button oraz Heidfeld, który od pewnego czasu jechał tuż za Brytyjczykiem. Postój kierowcy z zespołu Sauber był minimalnie krótszy i to wystarczyło, aby Heidfeld jako pierwszy powrócił na tor, chociaż prawdę mówiąc wygrał dosłownie o długość przedniego koła. W chwilę później z wyścigu odpadli dwaj kierowcy – Irvine i Bernoldi. W obu przypadkach powodem zakończenia jazdy była awaria układu hydraulicznego. Po 48 okrążeniach minimum dwa postoje na swoim koncie mieli już wszyscy kierowcy, łącznie z dotychczasowym liderem – Michaelem Schumacherem, który miał już ponad 40 sekund przewagi nad Montoyą. Przewaga ta byłaby nieco mniejsza, gdyby nie drobny incydent podczas postoju Kolumbijczyka, w wyniku którego ucierpiał mechanik z zespołu Williams, odpowiedzialny za danie sygnału kierowcy do opuszczenia stanowiska serwisowego. Uczynił on to po prostu zbyt wcześnie, kiedy jeszcze odbywało się tankowanie paliwa i widząc swój błąd próbował w dosyć desperacki sposób zatrzymać bolid, podkładając pod prawe przednie koło stopę. Na szczęście skończyło się to tylko na drobnych potłuczeniach stopy mechanika, ponieważ Montoya dosyć szybko zorientował się w zaistniałej sytuacji i od razu zatrzymał bolid w miejscu, a po dokończeniu tankowania paliwa powrócił do wyścigu.

Poza awansem Heidfelda na piątą pozycję, po zakończeniu drugiej rundy postojów nastąpiła jeszcze jedna zmiana w kolejności kierowców, spowodowana wycofaniem się z wyścigu jadącego na ósmej pozycji Panisa. Pozycję tą odzyskał Frentzen, a za Niemcem jazdę kontynuowali jeszcze tylko czterej kierowcy: Villeneuve, McNish, Ralf Schumacher i Salo. Na 49 okrążeniu Massa był bardzo bliski wyprzedzenia Buttona, jednak Brytyjczyk zdołał w tym momencie odeprzeć atak kierowcy z zespołu Sauber, a tymczasem obydwu kierowców dosyć szybko doganiał Frentzen. Po 50 okrążeniach całą trójkę dzieliło zaledwie półtorej sekundy, jednak dopiero sześć okrążeń później zarówno Massa, jak i Frentzen zdołali wyprzedzić Buttona, wykorzystując niewielki błąd popełniony przez Brytyjczyka na jednym z zakrętów. Na 57 okrążeniu awansował także drugi kierowca z zespołu Sauber – Heidfeld, po wyprzedzeniu Trullego, który podobnie jak Button ze względu na problemy techniczne również zaczął zwalniać tempo jazdy.

Na 59 okrążeniu Buttona wyprzedził kolejny kierowca – Villeneuve, spychając w ten sposób Brytyjczyka na dziewiątą pozycję, natomiast dwa okrążenia później drugiego kierowcę Renault – Trullego wyprzedzili Massa oraz Frentzen i Włoch znalazł się na siódmej pozycji. Na 62 okrążeniu bolid Buttona odmówił w końcu dalszej współpracy i kierowca ten musiał zjechać z toru. Na kolejnym okrążeniu Villeneuve wyprzedził Trullego i był już siódmy. Włochowi jednak również nie dane było ukończyć tego wyścigu, gdyż pod koniec przedostatniego okrążenia zjechał do boksów. Ostatnim pechowcem Grand Prix Hiszpanii był Ralf Schumacher, dla którego wyścig ten i tak nie przebiegał zbyt pomyślnie. Tym niemniej była to pierwsza awaria bolidu Williams w tym sezonie, a raczej napędzającego go silnika BMW, który dokonał żywota w kłębach dymu dosłownie na ostatnim okrążeniu.