Ze względu na wyciek oleju w podstawowym bolidzie Jos Verstappen tuż przed startem wyścigu musiał przesiąść się do zapasowego bolidu i przystąpić do wyścigu z linii boksów. Pod koniec okrążenia rozgrzewającego do kierowcy z zespołu Minardi dołączył również Kimi Raikkonen, który ze względu na odległą pozycję startową postanowił już teraz wykonać pierwszy postój, aby uzupełnić zapas paliwa i zmienić opony z przejściowych na zwykłe rowkowane, gdyż według Fina tor był już wystarczająco suchy. Oprócz Verstappena i Raikkonena na start na zwykłych oponach zdecydowali się również kierowcy z zespołów Williams i Renault, a także Mark Webber (Jaguar), Cristiano da Matta (Toyota) oraz Ralph Firman (Jordan).

Podczas startu trzej pierwsi kierowcy – Michael Schumacher, Rubens Barrichello oraz Montoya utrzymali się na swoich pozycjach, natomiast Olivier Panis (Toyota) pod koniec prostej startowej wyprzedził Heinza-Haralda Frentzena i awansował na czwartą pozycję. Startujący z szóstej pozycji Jacques Villeneuve (B.A.R) tuż przed pierwszym zakrętem został tym czasem wzięty w kleszcze przez drugiego kierowcę z zespołu Sauber – Nicka Heidfelda oraz Fernando Alonso (Renault) i był bliski utraty aż dwóch miejsc, jednak podczas pokonywania tego i następującego bezpośrednio po nim kolejnego zakrętu w przeciwną (prawą) stronę zdołał przynajmniej odeprzeć atak Hiszpana i skończyło się tylko na utracie jednej pozycji. Tym niemniej Alonso wcześniej wyprzedził drugiego kierowcę z zespołu B.A.R – Jensona Buttona oraz Ralfa Schumachera i był o dwie pozycje do przodu. Za kierowcą z zespołu Williams znalazł się partner Alonso – Trulli, który tuż po starcie wyprzedził Davida Coultharda. Z kolei zaraz za Szkotem znalazł się Mark Webber (Jaguar), po wyprzedzeniu tuż za pierwszym zakrętem Giancarla Fisichelli (Jordan). Stawkę zamykali w tym momencie da Matta, Firman, Justin Wilson (Minardi) i Antonio Pizzonia (Jaguar), natomiast Verstappen i Raikkonen ze względu na start z linii boksów byli nieco bardziej z tyłu.

Pod koniec zakręcającej delikatnie w lewo drugiej prostej Heidfeld wyprzedził Frentzena, a następnie podczas pokonywania trzeciego zakrętu Panisa i awansował na czwartą pozycję. W ten sam sposób Button wyprzedził Alonso oraz Villeneuve'a i znalazł się za Frentzenem na siódmej pozycji. W chwilę później do Alonso dołączył drugi kierowca Renault – Trulli po udanym wyprzedzeniu Ralfa Schumachera. Kolejna zmiana nastąpiła na 14 pozycji, na którą awansował Firman po wyprzedzeniu partnera z zespołu Jordan – Fisichelli. Włocha wyprzedził również Wilson, który oprócz tego wcześniej wyminął da Mattę i w efekcie przesunął się o dwa miejsca do przodu. Pizzonii również udało się wyprzedzić da Mattę i kierowca Toyoty spadł aż na 18 pozycję. Na domiar złego drugi kierowca z japońskiej stajni – Panis jeszcze szybciej zaczął tracić kolejne pozycje, gdyż oprócz Heidfelda wyprzedzili go wkrótce Frentzen, Button, Villeneuve, Alonso oraz Trulli i zaraz przed dziewiątym zakrętem Francuz był już dziesiąty. Następnie wyprzedził go Coulthard, który chwilę wcześniej przeskoczył Ralfa Schumachera i w ten sposób zyskał aż dwa miejsca, podobnie zresztą jak i Wilson, który wyprzedził Firmana oraz Webbera.

W chwilę później nastąpiła zmiana na jednej z czołowych pozycji, gdyż podczas pokonywania bardzo szybkiego dwunastego zakrętu Montoya wypadł na chwilę z toru, umożliwiając Heidfeldowi awans na trzecią pozycję. Frentzen także miał ochotę na wyprzedzenie Kolumbijczyka, jednak ten zdołał odeprzeć jego atak. Ponadto w końcówce pierwszego okrążenia drugi kierowca z zespołu Williams – młodszy z braci Schumacherów został wyprzedzony przez Wilsona i znalazł się na 13 pozycji. Tymczasem Raikkonen po ukończeniu pierwszego okrążenia zajmował już 17 pozycję, gdyż oprócz Verstappena udało mu się również wyprzedzić da Mattę i Fisichellę. Na początku drugiego okrążenia Montoya podjął pierwszą próbę odzyskania trzeciej pozycji, która zakończyła się niepowodzeniem. W środkowej części toru Heidfeld wykorzystując przewagę przejściowych opon zdołał nawet odjechać kierowcy z zespołu Williams, jednak ostatni fragment toru był już na tyle suchy, iż Montoya bez najmniejszego problemu na ostatnim zakręcie dopadł, a następnie tuż przed linią mety wyprzedził Niemca. W międzyczasie Wilson wyprzedził zajmującego 11 pozycję Panisa, a gdy pod koniec drugiego okrążenia Coulthard niespodziewanie zjechał do boksów, kierowca z zespołu Minardi był już dziesiąty.

Coulthard był pierwszym kierowcą, który widząc szybkość, z jaką wysycha tor zdecydował się na założenie zwykłych opon rowkowanych. Po powrocie na tor Szkot znalazł się oczywiście na ostatniej pozycji, a tymczasem drugi kierowca z zespołu McLaren – Raikkonen po wyprzedzeniu Pizzonii na drugim okrążeniu awansował na 15 pozycję. Na kolejnym okrążeniu Frentzen wyprzedził partnera z zespołu Sauber – Heidfelda i w ten sposób odzyskał czwartą pozycję, natomiast Alonso wyprzedził obydwu kierowców z zespołu B.A.R (Villeneuve'a na początku, a Buttona pod koniec okrążenia) i awansował na szóstą pozycję. Ponadto Panis zdołał odzyskać pozycję utraconą na poprzednim okrążeniu na rzecz Wilsona, a dzięki postojowi Coultharda powrócił do pierwszej dziesiątki. Na czwartym okrążeniu obydwu kierowców z zespołu B.A.R wyprzedził również Trulli i znalazł się na siódmej pozycji, natomiast Alonso przeskoczył Heidfelda, spychając Niemca na szóstą pozycję. Ponadto Ralf Schumacher i jadący tuż za nim Webber zdołali wyprzedzić Wilsona i awansowali odpowiednio na 11 i 12 pozycję. Pod koniec czwartego okrążenia jadący na dziewiątej pozycji Villeneuve zjechał do boksów po zwykłe opony rowkowane i na tor powrócił na ostatniej pozycji. W międzyczasie Coulthard wyprzedził Verstappena i znalazł się na 18 pozycji.

Na początku piątego okrążenia Alonso awansował na trzecią pozycję po wyprzedzeniu Frentzena. W chwilę później Heidfeld został wyprzedzony przez Trullego i spadł na siódmą pozycję, a w międzyczasie Button został wyprzedzony przez Panisa, Ralfa Schumachera oraz Webbera i w efekcie wypadł poza pierwszą dziesiątkę. Pod koniec piątego okrążenia jadący na zwykłych oponach młodszy z braci Schumacherów z łatwością wyprzedził jeszcze Panisa oraz Heidfelda i awansował na siódmą pozycję, natomiast jadący również na zwykłych oponach Webber wyprzedził tylko Panisa. Button tymczasem w ślad za partnerem z zespołu B.A.R także zaliczył postój w boksach, podczas którego otrzymał zwykłe opony i na tor powrócił na 18 pozycji. W tym momencie na 11 i 12 pozycję awansowali dwaj kierowcy, którzy oprócz skorzystania z postoju Brytyjczyka wyprzedzili również Wilsona – Firman oraz Raikkonen. Ponadto przed Buttonem znaleźli się Fisichella, Pizzonia, da Matta i Coulthard.

Na szóstym okrążeniu jadący na drugiej pozycji Barrichello dosyć niespodziewanie stracił kontrolę nad swoim bolidem i uderzył w bandę, powodując znaczne uszkodzenia Ferrari F2002 i w efekcie zakończył udział z wyścigu. Okazało się jednak, że jeszcze przed wypadkiem Brazylijczyk był już w poważnych tarapatach, gdyż podczas startu popełnił ewidentny falstart i czekała go za to kara, której ze względu na kraksę nie zdążył nawet odbyć. Na drugą i trzecią pozycję awansowali w tym momencie Montoya oraz Alonso, natomiast jadący do tego momentu na piątej pozycji Frentzen zdecydował się na postój w boksach i po powrocie na tor znalazł się na 16 pozycji. Dzięki temu Ralf Schumacher zyskał kolejne dwa miejsca, natomiast Webber i Panis ze względu na dodatkowe wyprzedzenie Heidfelda przesunęli się aż o trzy pozycje do przodu. Kierowcę z zespołu Sauber wyminęli również Firman i Raikkonen, awansując kolejno na ósmą i dziewiątą pozycję. W międzyczasie Wilson został wyprzedzony przez Fisichellę, Pizzonię oraz da Mattę i spadł aż na 14 pozycję. Następnym chętnym do wyprzedzenia kierowcy z zespołu Minardi był Coulthard.

Okrążenie po wypadku Barrichello w tym samym miejscu toru rozbił się również jadący na ósmej pozycji Firman. W chwilę później dotychczasowy lider wyścigu – Michael Schumacher zdecydował się na zjazd do boksów, gdyż pozostali kierowcy jadący na zwykłych oponach w zastraszającym tempie zaczęli go doganiać. W trakcie postoju mechanicy Ferrari mieli problemy z założeniem lewego tylnego koła i ze względu na trwający ponad 14 sekund postój Niemiec po powrocie na tor znalazł się na ósmej pozycji. Prowadzenie wyścigu objął w tym momencie Montoya, a oprócz Kolumbijczyka przed starszym z braci Schumacherów znaleźli się jeszcze Alonso, Trulli, Ralf Schumacher, Webber, Panis, Raikkonen i Fisichella. Następnie tuż przed trzecim zakrętem kierowcę Ferrari wyprzedził Pizzonia, a podczas tego manewru obydwu kierowców na raz próbował wyprzedzić da Matta, jednak opóźnił zbytnio hamowanie i wpadł w poślizg, po czym wypadł z toru i utkwił na środku żwirowiska, kończąc w ten sposób udział w pierwszym wyścigu Formuły Jeden.

W związku z powstałym na torze zamieszaniem organizatorzy wyścigu zdecydowali się na wypuszczenie samochodu bezpieczeństwa na początku ósmego okrążenia. Korzystając z tego faktu postoje w boksach zaliczyli pozostali kierowcy, jadący jeszcze na przejściowych lub deszczowych oponach: Heidfeld, Panis, Fisichella, Pizzonia i Wilson. Po tych postojach kolejność wszystkich kierowców przedstawiała się następująco: na prowadzeniu był nadal Montoya, a za nim podążali Alonso, Trulli, Ralf Schumacher, Webber, Raikkonen, Michael Schumacher, Coulthard, Villeneuve, Panis, Button, Frentzen, Fisichella, Verstappen, Pizzonia, Heidfeld i na ostatniej – 17 pozycji Wilson. Pod koniec 10 okrążenia jeszcze podczas obecności samochodu bezpieczeństwa na torze na postój zdecydował się również Alonso, co było dosyć dziwnym rozwiązaniem, gdyż ze względu na zwolnione tempo wyścigu Hiszpan po powrocie na tor znalazł się na ostatniej pozycji. Gdyby postój ten odbył dwa okrążenia wcześniej, najprawdopodobniej zdołałby się utrzymać w pierwszej dziesiątce. Wznowienie wyścigu nastąpiło pod koniec 11 okrążenia.

Na początku 12 okrążenia Raikkonen wyprzedził Webbera i awansował na czwartą pozycję, a tuż przed trzecim zakrętem Australijczyka wyminął również Michael Schumacher. Ponadto na tym samym okrążeniu Button wyprzedził Panisa i znalazł się na dziewiątej pozycji. Na następnym okrążeniu Wilson wyprzedził Heidfelda, a dwa okrążenia później udało mu się również wyminąć Pizzonię i w efekcie Brytyjczyk awansował na 14 pozycję. Na 16 okrążeniu awaria tylnego zawieszenia wyeliminowała z wyścigu jadącego na szóstej pozycji Webbera. Australijczyk bolid swój pozostawił w dosyć niebezpiecznym miejscu i dlatego po raz drugi w tym wyścigu zapadła decyzja o wypuszczeniu na tor samochodu bezpieczeństwa. Zanim to się jednak stało kierowcy zajmujący trzy czołowe pozycje – Montoya, Trulli i Ralf Schumacher pod koniec 17 okrążenia zjechali do boksów, aby odbyć pierwsze postoje w tym wyścigu. Kierowców z zespołu Williams dzieliła na tyle duża różnica czasowa, iż mogli sobie pozwolić na zjazd do boksów na tym samym okrążeniu. Niestety w przypadku Ralfa Schumachera mechanicy mieli problem z założeniem prawego tylnego koła i w efekcie Niemiec na stanowisku serwisowym spędził blisko 20 sekund, a po powrocie na tor znalazł się na przedostatniej pozycji. Na domiar złego tuż po wyjechaniu z boksów młodszy z braci Schumacherów nie chciał przepuścić Alonso i ze względu na zbyt duże opóźnienie hamowania przed pierwszym zakrętem wpadł w poślizg. Hiszpan co prawda także musiał ratować się zjechaniem na pobocze, ale stracił przez to znacznie mniej czasu i w efekcie awansował na przedostatnią pozycję.

Trzecim z kolei liderem wyścigu został w tym momencie Raikkonen, a oprócz Fina przed Montoyą, który na tor powrócił na siódmej pozycji, znaleźli się jeszcze Michael Schumacher, Coulthard, Villeneuve, Button i Panis. Trulli w trakcie postoju został dodatkowo wyprzedzony przez Frentzena oraz Fisichellę i spadł na 10 pozycję, a w międzyczasie z wyścigu wycofał się trzeci z tegorocznych debiutantów – Wilson, ze względu na uszkodzoną chłodnicę. Samochód bezpieczeństwa tor opuścił pod koniec 20 okrążenia i kierowcy ponownie ruszyli do walki. Tuż przed trzecim zakrętem Montoya wyprzedził Panisa i awansował na szóstą pozycję. W chwilę później nastąpiła awaria zawieszenia w bolidzie prowadzonym przez Heidfelda. Tracącego kontrolę na bolidem kierowcę z zespołu Sauber bez problemu zdołał wyprzedzić Alonso, natomiast Ralf Schumacher w obawie przed kolizją musiał zjechać na chwilę na pobocze i w ten sposób stracił kolejne cenne sekundy. Tymczasem starszy brat Ralfa – Michael powoli zaczął wywierać presję na Raikkonenie, który był od niego ewidentnie wolniejszy. Pierwszą okazję do awansowania na pierwszą pozycję kierowca Ferrari miał na początku 23 okrążenia, jednak Raikkonen postanowił w zdecydowany i zarazem bezceremonialny sposób nie dopuścić do utraty prowadzenia.

Pod koniec 25 okrążenia do boksów jednocześnie zjechali jadący tuż obok siebie na czwartej i piątej pozycji kierowcy z zespołu B.A.R – Villeneuve i Button. Problem polegał jednak na tym, iż w tym momencie postój miał odbyć tylko Button, natomiast Kanadyjczyk ze względu na problemy z komunikacją radiową spóźnił się ze zjazdem do boksów o jedno okrążenie. Konsekwencje tego były takie, iż Villeneuve musiał odczekać, aż mechanicy przygotują odpowiedni dla niego wąż do tankowania paliwa i przez to stracił kilka dodatkowych sekund, natomiast Button stracił dodatkowo dokładnie tyle czasu, ile trwał postój Kanadyjczyka, czyli około 14 sekund. Po powrocie na tor obaj kierowcy znaleźli się na ostatnich pozycjach. Pod koniec 29 okrążenia Michael Schumacher nie mogąc poradzić sobie z wyprzedzeniem Raikkonena zdecydował się na odbycie drugiego postoju w boksach. Po powrocie na tor kierowca Ferrari znalazł się na szóstej pozycji. Na kolejnym okrążeniu Panis zaliczył karny przejazd przez strefę boksów. Tę dosyć spóźnioną karę Francuz otrzymał za przekroczenie żółtej linii oddzielającej tor od wyjazdu z boksów tuż po postoju na ósmym okrążeniu i po jej odbyciu znalazł się na 12 pozycji. Na 31 okrążeniu Pizzonia zaliczył niegroźny poślizg, w trakcie którego został wyprzedzony przez Alonso, Ralfa Schumachera oraz Panisa i w efekcie spadł na 11 pozycję.

Pod koniec 31 okrążenia jedyny zaplanowany na ten wyścig postój w boksach odbył jadący na ósmej pozycji Verstappen. W trakcie tego postoju doszło do jakichś nieporozumień, o czym świadczyły gesty wykonywane rękami przez Holendra po tym, jak jeden z mechaników próbował przetrzeć mu wizjer w kasku. Ponadto kierowca z zespołu Minardi miał trudności z ruszeniem z miejsca i po trwającym ponad 20 sekund postoju na tor powrócił na ostatniej pozycji. Na kolejnym okrążeniu awaria układu paliwowego wyeliminowała z wyścigu Panisa. Ponadto Villeneuve wyprzedził Pizzonię i awansował do pierwszej dziesiątki, natomiast pod koniec okrążenia jadący na drugiej pozycji Coulthard odbył drugi postój w boksach. Na kolejnym okrążeniu tankowanie paliwa oraz zmianę opon zaliczyli również Raikkonen i Fisichella. Raikkonen w trakcie postoju został wyprzedzony tylko przez Montoyę, który w ten sposób odzyskał prowadzenie, natomiast Coulthard został wyprzedzony przez dwóch Niemców – Frentzena oraz Michaela Schumachera i spadł na piątą pozycję. Tymczasem postój Fisichelli przedłużył się znacznie ze względu na problemy z otworzeniem klapy zasłaniającej wlew paliwa, którą mechanicy z zespołu Jordan musieli całkowicie usunąć. Z tego powodu Włoch po powrocie na tor znalazł się na przedostatniej pozycji.

Pod koniec 36 okrążenia jadący na trzeciej pozycji Frentzen odbył drugi i zarazem ostatni postój w tym wyścigu. W trakcie tego postoju kierowca z zespołu Sauber został wyprzedzony przez Michaela Schumachera, Coultharda, Trullego, Alonso oraz Ralfa Schumachera i po powrocie na tor znalazł się na ósmej pozycji. Po zniknięciu przeszkody w postaci Frentzena, która przez kilka ostatnich okrążeń rozdzielała Raikkonena i Michaela Schumachera, pojedynek pomiędzy tymi kierowcami ponownie przybrał na sile. Już na początku kolejnego okrążenia Niemiec zdołał zrównać się z kierowcą z zespołu McLaren pod koniec prostej startowej, jednak próba wyprzedzenia go po zewnętrznej stronie pierwszego zakrętu nie powiodła się. Na dodatek ze względu na nieustępliwość Fina starszy z braci Schumacherów musiał skorzystać na chwilę z pobocza, gdyż po prostu zabrakło dla niego miejsca na torze. Niestety do kolejnej próby wyprzedzania już nie doszło, ponieważ za przekroczenie podczas ostatniego postoju o zaledwie jeden kilometr limitu prędkości obowiązującego w strefie boksów Raikkonen otrzymał karę. Po jej odbyciu pod koniec 39 okrążenia Fin spadł na szóstą pozycję. W chwilę później rutynowe postoje w boksach zaliczyli jadący do tego momentu na 10 i 11 pozycji Pizzonia oraz Button. W trakcie postojów obaj kierowcy zostali wyprzedzeni przez Fisichellę, jednak na tor powrócili w odwrotnej kolejności, ponieważ postój Buttona był nieco krótszy. W międzyczasie drugi kierowca z zespołu B.A.R – Villeneuve wyprzedził Frentzena i awansował do punktowanej ósemki.

Na 40 okrążeniu Raikkonen musiał popełnić jakiś błąd, ponieważ jeszcze na poprzednim okrążeniu miał kilka sekund przewagi nad Ralfem Schumacherem, który teraz znajdował się już przed nim na szóstej pozycji. Na kolejnym okrążeniu Fin odzyskał jednak szóste miejsce, ponieważ Ralf Schumacher zjechał do boksów. Oprócz Niemca w tym samym momencie postój zaliczył również Villeneuve, a na przestrzeni dwóch kolejnych okrążeń boksy odwiedzali także Montoya i Alonso. Na prowadzeniu znalazł się po raz drugi w tym wyścigu Michael Schumacher, natomiast Montoya po postoju spadł na drugą pozycję. Coulthard był nadal trzeci, a na pozycje od czwartej do szóstej przesunęli się Trulli, Raikkonen i Frentzen. Alonso i Ralf Schumacher kontynuowali jazdę na siódmej i ósmej pozycji, natomiast Villeneuve w trakcie postoju został wyprzedzony przez Fisichellę i po 43 okrążeniach zamykał pierwszą dziesiątkę.

Na 44 okrążeniu w bolidzie Michaela Schumachera naderwało się pionowe skrzydełko, umieszczone tuż za prawym przednim kołem i zaczęło ocierać o tor. Wcześniej ze względu na wyjechanie poza krawężnik na jednym z szybszych zakrętów Niemiec zgubił również lewe skrzydełko i w związku z tymi wydarzeniami sędziowie nakazali kierowcy Ferrari odbycie kontrolnego postoju w boksach. Zanim to się jednak stało, rutynowy postój zaliczył jadący na czwartej pozycji Trulli. Włoch w trakcie postoju został wyprzedzony przez Raikkonena i spadł na piątą pozycję. Tymczasem starszy z braci Schumacherów w trakcie odbywania przymusowego postoju (aczkolwiek ze względu na kończące się paliwo i tak wkrótce musiałby pojawić się w boksach) został wyprzedzony przez Montoyę, Coultharda oraz Raikkonena i spadł na czwartą pozycję. Montoya z odzyskania prowadzenia nie cieszył się jednak zbyt długo, gdyż na 48 okrążeniu popełnił błąd podczas wychodzenia z pierwszego zakrętu i zaliczył piruet. Na pierwszą pozycję awansował w tym momencie Coulthard, natomiast Kolumbijczyk przez pozostałe do końca wyścigu 11 okrążeń musiał martwić się o obronę drugiej pozycji przed Raikkonenem. Ostatnimi wydarzeniami w Grand Prix Australii 2003 były awarie jedynych pozostałych na torze bolidów Jordan i Jaguar, przez które jadący na dziewiątej i dwunastej pozycji Fisichella oraz Pizzonia nie ukończyli wyścigu.