Tuż po zakończeniu okrążenia rozgrzewającego (czy jak kto woli formującego) Kimi Raikkonen zasygnalizował zgaśnięcie silnika w swoim bolidzie. Zgodnie z nową procedurą startową dyrektor wyścigu zarządził kolejne okrążenie rozgrzewające, a w tym czasie kierowca McLarena został zapchany do boksów, aby mechanicy mogli ponownie uruchomić silnik w jego bolidzie. Fina czekał jednak teraz start z linii boksów, a nie z wywalczonej na kwalifikacjach 10 pozycji startowej. Dodatkowo dystans wyścigu został skrócony o jedno okrążenie (do 57).

Po drugim okrążeniu rozgrzewającym żaden kierowca nie zgłosił już problemów i wyścig został rozpoczęty. Giancarlo Fisichella (Renault) wystartował bezbłędnie i niezagrożony zmierzał w kierunku pierwszego zakrętu. Dosyć dobrze wystartowali także kolejni dwaj kierowcy, Jarno Trulli (Toyota) i Mark Webber (Williams), przy czym ten ostatni dosyć wcześnie rozpoczął hamowanie przed pierwszym zakrętem i w efektowny sposób został wyprzedzony przez Davida Coultharda. Kierowca Red Bull Racing chwilę wcześniej wyprzedził także Jacquesa Villeneuve'a (Sauber), a więc w sumie zyskał dwa miejsca, natomiast Kanadyjczyk zaraz za pierwszym zakrętem został wyprzedzony przez drugiego kierowcę Williamsa, Nicka Heidfelda i spadł na szóstą pozycję.

Heidfeld podobnie jak Coulthard także zyskał w sumie dwa miejsca, gdyż tuż po starcie udało mu się wyprzedzić drugiego kierowcę Red Bull, Christiana Kliena. Tuż za Austriakiem na pozycjach od 8 do 10 znaleźli się Juan Pablo Montoya (McLaren), Rubens Barrichello (Ferrari) i Fernando Alonso (Renault) – cała trójka z łatwością wyprzedziła Jensona Buttona (B.A.R), który popisał się wyjątkowo słabym startem. Nienajlepiej wystartował także Narain Karthikeyan, gdyż oprócz Alonso jeszcze na głównej prostej wyprzedzili go dodatkowo partner z zespołu Jordan, Tiago Monteiro, a także Ralf Schumacher (Toyota) i Felipe Massa (Sauber). Stawkę 20 kierowców zaraz przed pierwszym zakrętem zamykali Michael Schumacher (Ferrari), Takuma Sato (B.A.R), kierowcy Minardi, Patrick Friesacher i Christian Albers oraz startujący z boksów Raikkonen.

Pod koniec drugiej prostej Klien zaatakował Villeneuve'a i chociaż pomiędzy bolidami obydwu kierowców doszło prawdopodobnie do niewielkiego kontaktu, to jednak był to raczej udany manewr, który umożliwił Austriakowi odzyskanie pierwotnej pozycji startowej (6). Tymczasem Villeneuve zakręt nr 3 musiał pokonać nieco szerszym łukiem, z czego skorzystał Montoya, awansując na siódmą pozycję. Wytrąconego z rytmu Kanadyjczyka chwilę później wyprzedził także Barrichello, wypychając go tym samym poza punktowaną ósemkę – łącznie kierowca zespołu Sauber stracił aż pięć miejsc w ciągu niespełna pół minuty. Z pozostałych kierowców udanym manewrem wyprzedzania na trzecim zakręcie popisał się także Sato, pokonując nie kogo innego, jak samego Michaela Schumachera, którego przyblokował nieco jadący tuż przed nim Monteiro. Kierowca Jordana długo nie zdołał się oczywiście utrzymać na 14 pozycji i w dalszej części pierwszego okrążenia został wyprzedzony przez Sato, Michaela Schumachera oraz Raikkonena, który w międzyczasie wyminął kierowców Minardi i Karthikeyana.

Przez kolejne pięć okrążeń na torze nie działo się nic specjalnie ciekawego, przy czym kilku kierowców cały czas jechało w blisko odległości od siebie – jedną z takich par tworzyli Villeneuve i Alonso. Hiszpan pomimo dysponowania wyraźnie szybszym bolidem długo nie mógł natrafić na dogodną okazję, aż w końcu na siódmym okrążeniu zdołał zrównać się z kierowcą Saubera podczas hamowania przed zakrętem nr 13 i wyprzedził go. Mistrz świata z 1997 roku nie zamierzał się jednak zbyt łatwo poddać i wykorzystując bardziej optymalny tor jazdy zaraz za zakrętem odzyskał dziewiątą pozycję. Pojedynek ten spowolnił nieco obydwu kierowców i tuż za ich plecami znaleźli się wkrótce Button oraz Ralf Schumacher. Dwa okrążenia później szaleńcza pogoń Alonso nie skończyła się o mały włos wypadnięciem z toru na szybkim zakręcie nr 12.

Po 10 okrążeniach przewaga Fisichelli nad Trullim wynosiła niewiele ponad dwie sekundy. Coulthard miał już ponad osiem i pół sekundy straty do kierowcy Renault, a tuż za nim w około sekundowych odstępach podążali Webber, Heidfeld, Klien, Montoya i Barrichello. Zamykający pierwszą dziesiątkę Villeneuve i Alonso mieli już około 23 sekundy straty do lidera. Na 16 okrążeniu w wyniku nieporozumienia Coulthard o mały włos nie wpadł na jednego z kierowców Minardi, przymierzając się do zdublowania go. Doszło nawet do niewielkiego kontaktu, ale na szczęście obyło się bez poważniejszych uszkodzeń. Moment ten Webber próbował wykorzystać do awansowania na trzecią pozycję, jednak Szkot zdecydowanym manewrem zablokował go, zmuszając wręcz do zahaczenia o pobocze i dzięki temu nie stracił miejsca. Udanym atakiem na kolejnym okrążeniu popisał się za to Alonso, wyprzedzając w końcu jadącego tuż przed nim od początku wyścigu Villeneuve'a.

W międzyczasie pod koniec 16 okrążenia Friesacher zapoczątkował pierwszą rundę postojów w boksach. W ślad za nim tankowanie paliwa dwa okrążenia później zaliczyli Trulli, Heidfeld i Albers, przy czym ten ostatni ze względu na problemy ze skrzynią biegów nie zdołał powrócić już na tor, kończąc tym samym udział w swym debiutanckim wyścigu Formuły 1 przed czasem. W następnej kolejności pierwsze postoje odbyli Ralf Schumacher, Monteiro, Webber, Klien, Sato, Karthikeyan, Coulthard, Button, Villeneuve, a dopiero pod koniec 23 okrążenia w boksach zjawił się lider wyścigu, Fisichella. Włoch tylko na chwilę stracił prowadzenie, odzyskując je tuż po postoju Barrichello na 26 okrążeniu. Pozostali kierowcy pierwsze postoje zaliczyli do 27 okrążenia włącznie, a jako ostatni boksy odwiedzał Massa, który jak się później okazał jechał tylko na jeden stop.

Po zakończeniu pierwszej rundy postojów nastąpiło kilka dosyć istotnych zmian w kolejności kierowców. Przede wszystkim jadący dotąd za Fisichellą Trulli ze względu na dosyć wczesny zjazd do boksów i problemy z jedną z tylnych opon spadł aż na szóstą pozycję. Kierowcę Toyoty przeskoczyli Coulthard, Webber, Montoya i Barrichello – ci ostatni w trakcie pierwszej rundy postojów wyprzedzili także Heidfelda i Kliena, przy okazji zamieniając się miejscami. Ponadto Heidfelda i Kliena (obaj także jechali już w odwrotnej kolejności) wyprzedził Alonso, awansując w ten sposób na siódmą pozycję. Największy postęp podczas pierwszej rundy postojów uczynił Raikkonen, wyprzedzając w sumie aż sześciu kierowców: Michaela Schumachera, Sato, Massę, Ralfa Schumachera, Buttona i Villeneuve'a. Michael Schumacher musiał zadowolić się 11 pozycją, natomiast na pozostałych pozycjach jazdę kontynuowali Villeneuve, Button, Sato, Massa, Ralf Schumacher (kierowca Toyoty musiał odbyć dodatkowy postój ze względu na problemy z pasami bezpieczeństwa), Karthikeyan, Monteiro i Friesacher.

Na 30 okrążeniu Alonso popisał się kolejnym udanym atakiem na dojeździe do zakrętu nr 13. Tym razem ofiarą kierowcy Renault padł jego tegoroczny partner, Trulli, jadący dotąd na szóstej pozycji. Włoch swój drugi postój w boksach odbył pod koniec 36 okrążenia, zapoczątkowując tym samym drugą i zarazem ostatnią rundę postojów w tym wyścigu. Do 42 okrążenia włącznie ostatnie tankowanie paliwa mieli już zaliczone wszyscy kierowcy z wyjątkiem Barrichello i Alonso. Zanim jednak druga runda postojów dobiegła do końca, z walki odpadli dwaj kierowcy z czołowych zespołów, Michael Schumacher i Heidfeld. Kierowca Williamsa próbował wyprzedzić swojego rodaka na 43 okrążeniu podczas hamowania przed trzecim zakrętem, jednak ten bezceremonialnie zablokował go i w efekcie Heidfeld znalazł się na trawie, gdzie oczywiście nie da się już tak skutecznie hamować jak na asfalcie. Dalszy rozwój wypadków można już sobie wyobrazić, jako że Heidfeld znajdował się po wewnętrznej stronie zakrętu i nie będąc w stanie wytracić prędkości po prostu wpadł na kierowcę Ferrari. Heidfeld od razu wycofał się z wyścigu, natomiast Schumacher zdołał po chwili dowlec się do boksów, skąd już nie powrócił na tor.

Po zakończeniu drugiej rundy postojów Fisichella powrócił na prowadzenie, a jego przewaga nad najbliższym rywalem po 46 okrążeniach wynosiła blisko 12 sekund. Rywalem tym nie był już jednak Coulthard, a Barrichello, który dzięki dosyć późnemu postojowi przeskoczył zarówno Szkota, jak i jadącego tuż za nim Webbera. Obydwu kierowców wyprzedził także Alonso, który najpóźniej ze wszystkich zjechał na ostatni postój i awansował aż o trzy miejsca, przeskakując dodatkowo jadącego dotąd na piątej pozycji Montoyę. Kolumbijczyk był jednym z największych przegranych, albowiem błąd popełniony na okrążeniu poprzedzającym zjazd do boksów kosztował go niemal pewną wizytę na podium. W tej sytuacji kierowca McLarena musiał zadowolić się szóstą pozycją, a na pozostałych miejscach punktowanych znaleźli się Klien i Raikkonen, co było zasługą odpadnięcia z wyścigu Michaela Schumachera i Heidfelda oraz dosyć wolnej jazdy Trullego, który w trakcie drugiej rundy postojów stracił dwa miejsca i po 46 okrążeniach był dziewiąty. Na dalszych pozycjach jazdę kontynuowali Massa, Button, Sato, Villeneuve, Ralf Schumacher, Karthikeyan, Monteiro i Friesacher.

Na 49 okrążeniu Ralf Schumacher wyprzedził Villeneuve'a i awansował na 13 pozycję. Pięć okrążeń później kierowca Toyoty wyprzedził także Sato, który wraz ze swoim partnerem z zespołu B.A.R, Buttonem, na ostatnim okrążeniu zjechał do boksów, aby w ten sposób zyskać szansę na rozpoczęcie kolejnego wyścigu z nowym silnikiem. Tym oto jawnym wykorzystaniem luki w nowych przepisach dotyczących wytrzymałości silników zakończyła się tegoroczna Grand Prix Australii.