A néhány órával korábbi időmérő szakadó esőjének nyoma sem volt az itthoni idő szerint 20 órakor rajtoló futamon, a száradó pályán a teljes mezőny intermediate abroncsokkal startolt el – egész hétvégén most először fogadták a pilótákat ilyen körülmények. Lewis Hamilton a rajtnál megelőzte a pole-pozíciós Nico Rosberget, aki az első kanyarban kivezette őt a pályáról –az 5. helyre esett vissza, Kvjat, Ricciardo és Sergio Perez mögé. Alonso és Bottas összeért és megforgott az első kanyarban. Rosberg a kör végére visszaszerezte a negyedik pozíciót.
A motorcsere miatt 13. és 18. helyről induló két Ferrari a pontszerző helyek közé ugrott vissza az első körben, Vettel a 7., Raikkönen a 10. helyre jött előle. Az első kör végén Grosjean, Alonso, Rossi és Bottas is bokszba állt, a finn versenyző pedig máris slick abroncsokat kapott. A Williams számítása nem jött be, csaknem fél percet veszített az ellenfelekhez képest – pár körrel később vissza is tért köztes abroncsért.
Meglepetésre Danyiil Kvjat tartani tudta Hamilton tempóját, az első kanyarban be is szúrt mellé, de túlcsúszott a csúcsponton. A 6. körben virtuális biztonsági autó miatt lassított a mezőny az első kanyarban levő törmelékek miatt. Az újraindításnál összerázódott az első négyes, és Rosberg megelőzte Ricciardót. Nem sokkal később Kvjatot is átugorta, és Lewis Hamilton nyomába eredt.
Rosberg nem tudta támadni csapattársát, előbb azonban Kvjat próbálkozott nála a 12. kör utolsó kanyarjában, de az orosz ismét túlszaladt – Ricciardo viszont sikeresen megelőzte az elsőben. Kimi Raikkönennek a Toro Rossókkal gyűlt meg a baja, miközben a nagycsapat versenyzője, Daniel Ricciardo a 15. körben átvette a vezetést Hamiltontól. Az ausztrál két másodperccel jobb időt teljesített az üldözőknél. Hamilton elveszítette a második pozíciót is, amikor kerékcserére állt ki.
A Mercedes száraz gumit adott versenyzőjének, amely kockázatos döntésnek tűnt. Ricciardo, Rosberg és Kvjat ugyanabban a körben jöttek ki, szintén slickre váltva. Hamilton a negyedik helyre tért vissza. A Mercedesek láthatóan jobban érezték a lágy abroncsokat, Rosberg szinte abban a pillanatban vette át a vezetést Ricciardótól, mikor Hamilton a harmadik pozíciót Kvjattól. Az előbb Toro Rossókkal küzdő Ferrari szintén felsőbb fokozatba kapcsolt, Vettel a 24. körben már Kvjatot is megelőzte. Raikkönen ekkor a 14. helyen haladt, a kavicságyba kicsúszva veszített értékes időt. A finn falnak is ütközött, körök múlva derült ki, hogy autója sérült, ezért csapata kihívta a versenyből.
A 27. körben Hamilton előzésével a Mercedes 1-2-ben találta magát – Rosberg több mint 10 másodperces előnye pedig semmivé olvadt, miután Marcus Ericsson kiesését követően beküldték a biztonsági autót. Sebastian Vettel a biztonsági szakasz alatt kiállt kerékcserére, közepes abroncsaival pedig az ötödik helyre tudott visszatérni.
Az újraindításnál Rosberg nagyobb csoportot összegyűjtött maga mögött, az első ötösben Vettel előzött, aki ismét maga mögé tudta Kvjatot. Kanyarokkal később egy sikertelen próbálozás után Ricciardót is átlépte, a Red Bullokat pedig Max Verstappen bolygatta meg, aki az ötödik helyre lépett előre. Rövidesen már a parádés negyedik pozícióban állt. A nemrég még vezető Ricciardo ellen Nico Hülkenberg is próbálkozott, a két autó azonban összeütközött – Hülkenberg azonnal kiesett, a Red Bullos meg tudta őrizni pozícióját. A német autója miatt harmadszor is virtuális biztonsági autót rendeltek el.
Többen a VSC-fázis során ejtették meg második kiállásukat, köztük Nico Rosberg – Hamilton kint maradt, így az élre ugrott. Vettel állt a második helyen, míg Rosberg előbb Verstappent előzte meg, majd négyszeres bajnok honfitársát is utolérte. Az előzés nem okozott problémát – Hamilton 6 másodperccel vezetett hozzá képest. Ekkor a 43. körben Kvjat megcsúszott a műfüvön, majd a pálya túlsó oldalán szalagkorlátnak csapódott. Ismét bejött a biztonsági autó, Hamilton pedig a lehetőségen kapva azonnal a bokszba hajtott. Ebben a körben Vettel is kijött friss lágy abroncsokért.
Az utolsó tíz körben Rosberg, Hamilton, Verstappen, Vettel, Alonso sorrendben indult újra a mezőny. Elsőként Vettel előzött, tehát ismét a bajnokság első három helyezettje találta magát dobogós pozíciókban. Rosberg a 49. körben megcsúszott egy kanyarban, Hamilton átvette tőle az első helyet – és ebben a sorrendben világbajnokságot érő pozícióban találta magát.
Hamilton vezetését nem tudták elvenni, 2,8 másodperccel Rosberg előtt nyert, aki megvédte pozícióját az utolsó körben Vettellel szemben – ezzel a brit versenyző megszerezte pályafutása harmadik világbajnoki címét. Max Verstappen kiváló negyedik helyet ért el a különösebb csetepatékból kimaradó Sergio Perez előtt. Nem lehetett ugyanezt elmondani a maradék pontszerző helyekért folyó tülekedésről – végül az időmérőn kört nem futó, utolsó rajtkockából induló Carlos Sainz végzett a 6. pozícióban.
Jenson Button 7. helyet szerzett a versenyen, ahol mindkét McLaren erősen teljesített, Pastor Maldonado és Felipe Nasr előtt. A futam első részében vezető Daniel Ricciardo végül egyetlen pontot gyűjtött – a Red Bull versenye katasztrofális véget ért. A műszaki hibával küzdő Fernando Alonso és Alexander Rossi ért még célba – nem kevesebb, mint nyolc versenyző nem fejezte be az USA Nagydíjat.
