A Belga Nagydíj emlékezetes rajtbalesetében elvérző Fernando Alonso és Lewis Hamilton számára kulcsfontosságú volt, hogy visszahozzanak valamit az elvesztegetett pontokból egy héttel később, Monzában. A Mercedes-motorok fölényét nagyszerűen jellemezte, hogy Lewis Hamilton kettő, Michael Schumacher pedig egy alkalommal bizonyult legjobbnak a szabadedzéseken, de az időmérőn is a Brixworth-ben előállított motorokkal felszerelt autók villogtak: az első hét autó között ott volt a két-két McLaren és Mercedes, valamint Paul di Resta Force Indiája.
A skót remek körével a negyedik helyig furakodott fel (igaz, csak a kilencedik pozícióból rajtolhatott váltócsere miatt), a pole-t pedig Hamilton hódította el a spái győztes csapattársa, Jenson Button, valamint Felipe Massa előtt. Az élmezőnyből a brazil fogta a legjobb rajtot vasárnap délután: megelőzte a 2009-es bajnokot, és már Hamilton mellé ért, de a nem erőszakoskodott, és besorolt mellé az egyes kanyarban. Azonban Fernando Alonso sem tétlenkedett a másik Ferrariban: a 10. pozícióból a hetedik helyig ugrott fel, majd a második körben Kimi Raikkönent is maga mögé utasította a hatodik pozícióért.
F1 2012 Italian GP - Official race edit from lina84 on Vimeo.
A spanyol a hetedik körben Michael Schumachert is megelőzte, időközben pedig Bruno Senna folyamatosan kalamajkába keveredett: előbb Nico Rosberggel koccant az első sikánban, majd Paul di Resta szorította le őt a Roggiánál. A 9. kör hozta el a verseny leglátványosabb jelenetét: Jean-Eric Vergne Toro Rossója felfüggesztéshiba miatt megbicsaklott az egyes kanyar féktávján, a megpördülő autó pedig a rázókövön gellert kapva a levegőbe repült. A francia a helyszínen feladta a küzdelmet, később pedig hátfájásra panaszkodott.
Tíz körrel később Buttonnak sikerült visszavennie a második helyet Massától, s miközben Lewis Hamilton zavartalanul autózott az élen, a dobogósok mögött Sebastian Vettel és Fernando Alonso csatája kezdett kibontakozni. A spanyol a 26. körben a Curva Grande külső ívén szeretett volna elmenni riválisa mellett, de elfogyott alóla az aszfalt, és lesodródott a kavicságyra. Az eset kísértetiesen emlékeztetett az egy évvel korábbira, ahol a német ugyanúgy és ugyanott próbálkozott, ő is megcsípte a füvet, előzése viszont sikerült.
Noha Alonso a 29. körben már tisztán is el tudott menni riválisa mellett, Vettelt áthajtásos büntetésre ítélte a versenybíróság vétkéért, melynek letöltését követően a 9. pozícióba esett vissza. Ekkora azonban már Jenson Button nem volt versenyben: a brit pilóta alatt váratlanul lassult le a McLaren, az olajnyomás hibája miatt. Miután a mezőny megejtette a kerékcseréket, elkezdődött Sergio Perez nagy hajrája: a korábban ideiglenesen vezető mexikói a nyolcadik pozícióba tért vissza kiállását követően, de folyamatosan lépdelt előre, mígnem egyszer a Ferrarik mögött találta magát.
A bajnokságot szem előtt tartva az „ahogyan látod a tükörben, Fernando van mögötted” félreérthetetlen rádióüzenettel adták Massa tudtára a kívánt sorrendet, a 40. körben pedig meg is történt a helycsere a vörös autók között. A brazil azonban búcsút inthetett dobogós reményeinek, hiszen három körre rá Perez is megelőzte őt, a Sauber versenyzője azonban nem érte be ennyivel. Ami Malajziában fél futamon keresztül nem sikerült neki, itt három kör alatt sikerült, és a 46. körben átvette Alonsótól a második helyet.
Az eseményeknek azonban még nem volt vége: a hatodik helyen haladó Sebastian Vettel alatt generátorhiba miatt megállt a Red Bull, egy körrel később pedig Mark Webber intett búcsút a futamnak, nagysebességű kicsúszása miatt. Noha Perez folyamatosan csökkentette lemaradását, Lewis Hamilton végül is fölényes győzelmet aratott riválisai felett, és tíz pontot faragott az ekkor még 37 egységgel vezető Alonso előnyéből.
Sebastian Vettel hátránya 39 pontra rúgott a szezon utolsó harmadára fordulva: kevesen hitték volna ekkor, hogy sikerül megfordítania a világbajnokság állását.
