Während Vettel im königlichen Park von Monza etwas langsam von der Pole Position weg kam, erwischte Teamkollege Webber einen guten Start. Bis zur ersten Kurve konnte sich aber der Titelverteidiger mit einem späten Bremsmanöver die Spitze sichern. Dahinter kamen beide Ferrari ausnehmend schnell ins Rennen und verbesserten sich auf die Plätze zwei (Massa) und vier (Alonso). Verlierer des Starts war Hülkenberg, der auf Position fünf zurückgereicht wurde.
Kurze Zeit später verabschiedete sich di Resta aus dem Rennen, indem er bei einer Kollision mit Grosjean seine vordere Aufhängung zertrümmerte. Vorne zeigte sich Alonso schnell bildfüllend im Rückspiegel von Webber und kam eingangs der dritten Runde am Australier mit einem waghalsigen Manöver vorbei. Der Spanier blieb auf dem Vormarsch und schob sich in Runde acht mit Stallregie locker an Massa vorbei. Vettel hatte allerdings zwischenzeitlich seine "freie Fahrt" an der Spitze genutzt und einen Vorsprung von knapp fünf Sekunden herausgefahren.
Alonso wollte sich zwar an die Verfolgung von Vettel machen, doch der Titelverteidiger ließ kein Aufholen zu. Fast eine halbe Sekunde pro Runde nahm er dem Ferrari des Spaniers ab. Lediglich Räikkönen konnte die Zeiten mitfahren. Der Finne war jedoch weit zurück gefallen, da er sich nach einer Berührung bereits früh im Rennen eine neue "Nase" holen musste.
In der Folgezeit stabilisierte sich der Grand Prix. Während Vettel an der Spitze fast schon ein eigenes Rennen fuhr, versuchte Webber noch einmal Boden gut zu machen und griff immer wieder den vor ihm liegenden Massa für Platz drei an. Dahinter hielt sich Hülkenberg im Sauber überraschend gut und ließ den auf sechs positionierten Rosberg keine Überhol-Möglichkeit.
Fast alle Teams hatten sich auf der Hochgeschwindigkeitsstrecke auf einen Boxenstopp festgelegt. Entsprechend spät holten sich die Piloten neue Pneus. Dabei pokerte Ferrari und ließ beide Fahrer so lange wie möglich auf dem ersten Satz Reifen. Diese Strategie sollte sich für Ferrari nicht auszahlen. Massa verlor Platz drei an Webber und Alonsos Abstand auf Vettel war noch einmal angewachsen. Über 10 Sekunden lag der Red Bull Mitte des Rennens vor dem Roten aus Maranello.
Während allerdings Vettel an der Spitze die Überlegenheit des Red Bull demonstrierte und das Rennen nach Belieben kontrollierte, schaffte es Webber nicht, Alonso in Schwierigkeiten zu bringen. Der Australier fuhr mit geringem Abstand dem Ferrari hinterher, machte aber wenig Anstalten, zum Überholen anzusetzen.
Im Hinterfeld brachten nachlassende Reifen Räikkönen und Hamilton um eine gute Position. Entgegen den anderen Piloten musste beide einen zweiten Stopp einlegen und in der Schlussphase erneut zur Aufholjagd antreten. Für vordere Plätze konnte es aber nicht mehr reichen. Für den Briten gab es als Neunter immerhin noch zwei Zähler für das Punktekonto, Räikkönen ging als Elfter leer aus.
Nur noch ein Defekt, ein Unfall oder ein Wolkenbruch hätten Vettel in der Schlussphase um den Sieg bringen können. Mit einem sicheren Vorsprung jagte der Weltmeister fast schon im Schonmodus um den Kurs und hielt den Abstand auf Alonso konstant. Dieser hatte nach wie vor alle Hände voll zu tun, Webber hinter sich zu halten. Dahinter fuhr Massa einen eher unauffälligen Grand Prix auf Platz vier. Rosberg versuchte es in den Schlussrunden noch einmal an Hülkenberg vorbei zu kommen, doch der Sauber erwies sich als zu stark für Rosbergs Mercedes.
Für Weltmeister Vettel war es der 32. Grand-Prix-Erfolg seiner Karriere. Damit zog der 26-Jährige mit Alonso gleich und überholte im Gesamt-Ranking Ex-Champion Nigel Mansell. Bei noch 175 verfügbaren Punkten und 53 Zählern Vorsprung kann sich Vettel in den verbleibenden sieben Rennen sogar zwei Ausfälle leisten.