Andrea Dovizioso va repetir l'extraordinari rendiment de la qualificació de dissabte i es va endur una victòria impecable en el Gran Premi de Malàisia. El pilot italià, que va aconseguir la seva segona victòria en la categoria reina del mundial –la primera es remunta al Gran Premi de la Gran Bretanya del 2009–, va tornar a ser el millor sobre l'asfalt moll de Sepang, i va estar acompanyat al podi pels seus companys en la graella de sortida, els pilots de Yamaha Valentino Rossi, que es va assegurar el subcampionat amb el segon lloc, i Jorge Lorenzo. El campió del món, Marc Márquez, va tenir una caiguda quan lluitava entre el grup del capdavant, però va poder tornar a la pista i va acabar en l'onzena posició.

La pluja va tornar a fer la guitza i va obligar a endarrerir dos cops la sortida de la cursa, que va ser escurçada de vint a dinou voltes. Jorge Lorenzo en va ser el primer líder, però els primers girs van ser molt intensos i els canvis al capdavant van ser constants. Després de la primera volta, va quedar definit un grup format per Rossi, líder en el primer pas per meta, Iannone, Dovizioso, Márquez i Aleix Espargaró, tot i que aquest últim acabaria perdent el tren a causa d'una sortida de pista. Iannone va prendre el relleu a Rossi i no va deixar el lideratge en les voltes següents. Rossi l'hi va intentar prendre dos cops en la cinquena, sense èxit. Només una després sí que se'n sortia, però Iannone responia abans de finalitzar la volta i recuperava el lideratge. En el setè gir feia volta ràpida, rebaixada per Márquez en el desè. El quintet capdavanter –amb la incorporació de Crutchlow– es mantenia sòlid, amb Lorenzo despenjat. Iannone estirava el grup amb el seu ritme, que a Crutchlow li costava seguir. El britànic queia en el segon revolt de la dotzena volta i, poc després, ho feia Márquez en l'onzè revolt, en perdre l'adherència a les dues rodes. No es van acabar aquí, les caigudes. El següent a caure va ser Iannone, i això situava al podi Jorge Lorenzo. Davant seu, Rossi i Dovizioso lluitaven pel primer lloc. El nou vegades campió del món va ser el líder entre les voltes onze i catorze, però el seu compatriota el superava aprofitant una errada que feia en l'apurada de frenada de final de recta. La quinzena volta la va acabar amb un avantatge de gairebé dos segons respecte de Rossi. Una volta després, la diferència era de quatre segons. Ja no hi va haver cap canvi entre els tres primers fins a la meta.

Márquez es va poder reincorporar a la cursa i remuntar fins a l'onzè lloc, però el millor català va ser Maverick Viñales amb la sisena posició. Pol Espargaró (9è) i el seu germà Aleix (13è) també van acabar dins dels punts.