El español Sergio García Dols (GasGas) se adjudicó su tercera victoria de la temporada y la séptima de su carrera deportiva al ganar el Gran Premio de Italia de Moto3 en el circuito de Mugello, tras ser penalizado su compañero de equipo, el mallorquín Izan Guevara (Gasgas), por exceder los límites del circuito en la recta de meta durante el último giro, y con el japonés Tatsuki Suzuki (Honda), tercero. Sergio García Dols es ahora más líder del Mundial al sumar 137 puntos, 28 puntos más que su compañero de equipo Izan Guevara (109, segundo en la general) y con el también español Jaume Masiá y el italiano Dennis Foggia en las siguientes posiciones, igualados a 95 puntos. Guevara encadena su tercer podio consecutivo, tras ganar en Jerez y ser tercero en Le Mans.
No falló el turco Deniz Öncü (KTM) en la salida, como tampoco el resto de sus rivales, aunque el británico Scott Ogden (Honda), que salía más atrás, se tocó con otro rival, el japonés Taiyo Furusato (Honda), y acabó por los suelos poco después de abandonar su puesto en la partida, en un incidente en el que también se vio afectada la española Ana Carrasco (KTM), única fémina del campeonato, que tuvo que esquivar al caído y perdió mucho terreno respecto al grupo principal.
El tirón inicial de Öncü, propició que tras su estela se metieran el brasileño Diogo Moreira (KTM) y el español Izan Guevara (GasGas), que en apenas una vuelta consiguieron un segundo y medio de ventaja sobre el grupo perseguidor encabezado por el italiano Dennis Foggia (Honda). A ritmo de vuelta rápida, el trío de cabeza intentó, sin éxito, aumentar su ventaja, quizás debido a los adelantamientos que se prodigaron entre ellos, primero para acceder Moreira al liderato y después Guevara, en tanto que en el grupo perseguidor asumía la responsabilidad de dar caza a los escapados el líder del mundial, el español Sergio García Dols (GasGas), y posteriormente el japonés Tatsuki Suzuki (Honda).
La caída del italiano Stefano Nepa (KTM) rompió el ritmo de otros rivales, mientras que otros, como el español Jaume Masiá (KTM), se tocó con otro piloto y tuvo que salirse de pista para evitar la caída, pero regresó a la carrera en las últimas posiciones. En la quinta vuelta el trío ya había sido neutralizado y el "ídolo" local Dennis Foggia asumía el rol de líder de la carrera, con un numeroso grupo de pilotos pegado tras el rebufo de su Honda y con todos los favoritos en el mismo, entre ellos prácticamente todos los españoles de la categoría, con Sergio García Dols, Daniel Holgado e Izan Guevara en las posiciones de cabeza.
Sólo una caída podía romper el nutrido grupo principal, que sabía de la importancia de aprovechar los "rebufos" del rival para no perder el contacto en un circuito en el que resulta prácticamente imposible intentar una escapada en solitario en estas condiciones, aunque el ritmo del grupo sí propició que, por detrás, hubiese pilotos que se fuesen quedando rezagados. Foggia se mantuvo sólido en la primera posición, con un intento claro de cambiar el ritmo y romper el grupo principal para hacer una primera "criba" de pilotos, pero tras su estela aguantaron Öncü, Suzuki, Guevara, García Dols, Holgado, Rossi, McPhee y Migno, entre otros.
Mientras, desde atrás, Jaume Masiá puso toda la carne en la brasa para intentar recuperar el terreno perdido tras su error en forma de salida de pista y comenzó a remontar posiciones adelantado rivales, en ocasiones de dos en dos, aunque la vigésimo primera plaza que ocupó en el octavo giro, a trece segundos del grupo principal, no le auguraba un buen resultado en la primera cita en Italia. En el ecuador de la carrera, décimo giro, Dennis Foggia mantenía la primera plaza, ahora con su compatriota Riccardo Rossi (Honda) persiguiéndole, y también Izan Guevara y Sergio García, mientras que el turco Öncü se iba al suelo al principio de la undécima vuelta tras tocarlo Suzuki, aunque recuperó su moto e intentó continuar.
Poco después, también corrió la misma suerte el líder de la carrera, Dennis Foggia, en cuya caída se vio involucrado el español Carlos Tatay (CFMoto), que también acabó por los suelos y, poco después aún hubo otro incidente más, el del británico John McPhee (Husqvarna), que se fue al suelo y Daniel Holgado (KTM) no pudo evitarlo y ambos acabaron fuera de la competición. La carrera había dado un giro completo en lo que a sus protagonistas se refiere, pues asumió la responsabilidad del liderato primero Riccardo Rossi y después el también italiano Andrea Migno (Honda), seguido por Izan Guevara, el japonés Ryusei Yamanaka (KTM), compañero de Diogo Moreira, que iba tras él, Ricardo Rossi y Sergio García Dols, que contaban ya con una ventaja de 2,6 segundos sobre el grupo perseguidor, encabezado por Tatsuki Suzuki, que fue sancionado con una vuelta larga de penalización por conducción irresponsable al tirar a Deniz Öncü.
El palmesano Izan Guevara ocupó el liderato de la carrera en el decimocuarto giro, en ese grupo de seis pilotos, con Tatsuki Suzuki intentando "contactar" con ellos desde una solitaria séptima plaza, tras cumplir con la penalización. En el decimosexto giro, a cuatro del final, fue Sergio García Dols el que se puso líder, ya con Tatsuki Suzuki en la segunda plaza, que fue la primera al siguiente giro, por delante de Guevara, Moreira, Yamanaka, Rossi y Migno. Pero le duró poco el liderato al japonés, pues en esas tres últimas vueltas comenzó la "refriega" en busca de la posición perfecta para atacar el podio de Mugello, sabedores que habitualmente quien entra primero en la recta de meta en la última curva en esta categoría no suele ser el ganador, al perder terreno por los rebufos.
Así se llegó hasta la última vuelta, en la que el mallorquín Izan Guevara fue el primero en negociar la última curva del trazado, con Sergio García Dols en paralelo por fuera, que se puso líder al comienzo de la recta mientras en ese punto se iba al suelo el brasileño Diogo Moreira, mientras sus rivales se pegaban al rebufo para luchar por la victoria a la milésima de segundo. Y fueron milésimas, 21, las que le dieron la victoria a Izan Guevara, aunque instantes después Dirección de Carrera se la arrebató por exceder los límites del circuito y "pisar la hierba" en la recta de meta, lo que entregó el triunfo a Sergio García Dols, por delante de Izan Guevara y con Tatsuki Suzuki en la tercera posición, tras cumplir con una vuelta larga de penalización.
Iván Ortolá (KTM) acabó en una meritoria séptima posición, con Adrián Fernández (KTM), décimo y David Muñoz (KTM), que debutaba en el mundial, tras él. Jaume Masiá (KTM) no pudo entrar en los puntos tras su incidente y acabó decimoséptimo, con Carlos Tatay decimonoveno, delante de Xavier Artigas (CFMoto) y con Ana Carrasco (KTM), vigésima segunda.