Kierowcy Renault, Fernando Alonso i Giancarlo Fisichella, wystartowali bardzo dobrze, przy czym Fisichella okazał się odrobinę szybszy i zdołał zrównać się ze swoim partnerem przed pierwszym zakrętem, jednak ostatecznie pozostał na drugiej pozycji. Na kolejnych dwóch pozycjach utrzymali się kierowcy Ferrari, Michael Schumacher i Felipe Massa, a tuż za nimi na piątej pozycji znalazł się Kimi Raikkonen (McLaren), któremu dzięki rewelacyjnemu startowi udało się wyprzedzić na prostej startowej zarówno kierowców Toyoty, jak i Hondy. Rubens Barrichello (Honda) stracił tylko jedno miejsce i jazdę kontynuował za Raikkonen, natomiast obydwu kierowców Toyoty przeskoczył także Jenson Button, awansując w ten sposób na siódmą pozycję. Tymczasem Ralf Schumacher spadł aż na dziewiątą pozycję, gdyż oprócz Raikkonena i Buttona został również wyprzedzony przez swojego partnera, Jarno Trullego. Pierwszą dziesiątkę zaraz za pierwszym zakrętem nadal zamykał Nick Heidfeld (BMW Sauber).

Startujący z 12 pozycji Juan Pablo Montoya (McLaren) zdołał przed pierwszym zakrętem wyprzedzić Marka Webbera, za którego plecami na 13 pozycji przez krótki czas podążał partner z zespołu Williams, Nico Rosberg. Niemca wyprzedził jednak wkrótce Scott Speed, pokonując wcześniej zarówno swojego partnera z zespołu Toro Rosso, Vitantonio Liuzziego, jak i Christiana Kliena (Red Bull). Liuzzi także wyprzedził Kliena na prostej startowej, tak więc ostatecznie utrzymał się na 15 pozycji, natomiast kierowca Red Bull stracił w sumie dwa miejsca. Bardzo dobrym startem popisali się tymczasem kierowcy Super Aguri, Takuma Sato i Franck Montagny, awansując kolejno na 17 i 18 pozycję. Sato miał jednak brudne opony, gdyż na prostej startowej do zahaczenia o poboczne zmusił go Tiago Monteiro (MF1 Racing) i z tego powodu na trzecim zakręcie stracił kilka miejsc, lądując ostatecznie na 20 pozycji. Wówczas na 17 pozycję awansował Montagny, a tuż za jego plecami znalazł się startujący z końca stawki David Coulthard (Red Bull). Ponadto przed Sato znalazł się jeszcze Monteiro, natomiast stawkę zamykali Jacques Villeneuve (BMW Sauber) i Christijan Albers (MF1 Racing).

Na drugim okrążeniu Coulthard wyprzedził Montagny'ego i awansował na 17 pozycję. Na kolejnym kółku doszło do niewielkiego kontakty pomiędzy kierowcą Super Aguri i próbującym go wyprzedzić Monteiro, w wyniku którego ten ostatni wypadł na chwilę z toru. Przygoda ta kosztowała Portugalczyka spadek na koniec stawki. Na czwartym okrążeniu Villeneuve wyprzedził Sato, a na kolejnym kółku udało mu się także pokonać drugiego kierowcę Super Aguri, Montagny'ego, dzięki czemu awansował na 18 pozycję. Kolejna zmiana w kolejności kierowców nastąpiło dopiero na 10 okrążeniu, kiedy to Sato zahaczył o pobocze na trzecim zakręcie i zaliczył obrót o 360 stopni. W tym momencie wyprzedzili go obydwaj kierowcy Midland i Japończyk spadł na koniec stawki, decydując się pod koniec tego okrążenia na odbycie pierwszego postoju w boksach. W chwilę później drugiego kierowcę Super Aguri, Montagny'ego, wyeliminowała z walki awaria skrzyni biegów.

Po 10 okrążeniach przewaga jadącego na prowadzeniu Alonso nad Fisichellą wynosiła ponad siedem sekund. Tuż za Włochem w niewielkich odstępach czasowych podążali kierowcy Ferrari, natomiast piąty Raikkonen tracił już blisko 20 sekund do lidera. Na 15 okrążeniu Klien wyprzedził Liuzziego i awansował na 15 pozycję. Na kolejnym okrążeniu Ralf Schumacher próbował wyprzedzić na pierwszym zakręcie swojego partnera z zespołu Toyota, Trullego, jednak wykonał to w zupełnie nieodpowiedni sposób i zaczepił swoim przednim skrzydłem o prawe tylne koło bolidu Włocha. W efekcie musiał zjechać do boksów po nowe przednie skrzydło do boksów, co kosztowało go spadek na przedostatnią pozycję. Na 18 okrążeniu jazdę zakończył z kolei Montoya, zaliczając poślizg na pierwszym sektorze toru, po którym jego bolid zawisł na krawężniku. Wydawało się, że konieczne będzie wypuszczenie na tor samochodu bezpieczeństwa, ale skończyło się tylko na wywieszeniu na pewien czas żółtych flag w tym miejscu toru.

W międzyczasie swój pierwszy postój odbył dotychczasowy lider wyścigu, Alonso. Hiszpan przed zjazdem do boksów na 17 okrążeniu miał ponad 10 sekund przewagi nad Fisichellą i 13 nad Michaelem Schumacherem, a po postoju spadł tymczasowo na czwartą pozycję. Następnie w boksach zjawili się Fisichella i Massa, a dopiero na 23 okrążeniu swój pierwszy postój odbył Michael Schumacher. Niemiec nie zdołał oczywiście w tak krótkim czasie wypracować wystarczającej przewagi, aby na tor powrócić przed Alonso, ale za to udało mu się przeskoczyć Fisichellę, tak więc awansował na drugą pozycję. Po zakończeniu pierwszej rundy postojów na 31 okrążeniu, na czwartej i piątej pozycji nadal znajdowali się Massa (+21.4s) i Raikkonen (+37.5s), przy czym ten pierwszy po błędzie popełnionym przez Fisichellę na 26 okrążeniu zdołał zbliżyć się do kierowcy Renault na mniej niż sekundę.

Miejscami zamienili się tymczasem kierowcy Hondy, jako że Button dzięki późniejszemu o jedno okrążenie postojowi zdołał przeskoczyć Barrichello i powoli zaczynał zbliżać się do Raikkonena. Na ostatnią pozycję punktowaną awansował Heidfeld, który jako jeden z ostatnich kierowców odbył swój pierwszy postój w boksach, co umożliwiło mu wyprzedzenie Trullego. Pierwszą dziesiątkę po 31 okrążeniach zamykał Webber, mając za swoimi plecami Villeneuve'a (Kanadyjczyk nie miał jeszcze na swoim koncie ani jednego postoju i o dziwo nie zanosiło się na to, aby go wkrótce odbył). Na pozostałych miejscach jazdę kontynuowali Rosberg, Klien, Speed (Amerykanin stracił dwa miejsca), Liuzzi, Coulthard, Ralf Schumacher, Monteiro, Albers i Sato. Pod koniec 32 okrążenia Ralf Schumacher wycofał się z wyścigu ze względu na problemy z elektroniką, a w chwilę później swój drugi postój odbył Sato.

Druga runda postojów na dobre rozpoczęła się na 40 okrążeniu i zbiegła się w czasie z jedynym postojem Villeneuve'a, który Kanadyjczyk odbył pod koniec 41 okrążenia. Jako ostatni boksy w tym wyścigu odwiedzał tymczasem Coulthard, a miało to miejsce na 54 okrążeniu. Druga runda postojów nie przyniosła ani jednej zmiany w kolejności kierowców z pierwszej ósemki. Liderem był nadal Alonso, cały czas utrzymując ponad 10-sekundową przewagą nad Michaelem Schumacherem. Podobny dystans dzielił także Niemca od drugiego kierowcy Renault, Fisichelli, za którym z kilkusekundową stratą podążał na czwartej pozycji Massa. Piąty Raikkonen miał już tymczasem ponad 50 sekund straty do lidera i w dodatku do Fina coraz bardziej zbliżał się Button. Barrichello tuż po swoim drugim postoju został na chwile wyprzedzony przez Heidfelda w bezpośredniej walce, ale po postoju Niemca powrócił na siódmą pozycję, natomiast Heidfeld ponownie zamykał punktowaną ósemkę.

Na pozostałych miejscach jazdę kontynuowali Webber, Trulli (Włoch stracił jedno miejsce podczas drugiej rundy postojów), Rosberg, Villeneuve, Klien, Liuzzi, Coulthard, Monteiro i Sato. W wyścigu nie uczestniczyli już tymczasem Speed i Albers, których z walki wyeliminowały odpowiednio awaria silnika i uszkodzenia bolidu spowodowane przez uszkodzone przednie skrzydło. Ostatnim zdarzeniem w tegorocznej Grand Prix Hiszpanii była awaria hydrauliki w bolidzie Liuzziego na przedostatnim okrążeniu. Włoch ostatecznie sklasyfikowany został na 15 pozycji, a wyścig zakończył się pewnym zwycięstwem Alonso, który po raz pierwszy stanął na najwyższym podium przed własną publicznością.