Nico Rosberg sorozatban a negyedik versenyét kezdhette meg a pole-pozícióból Mexikóban, ahova 23 év után tért vissza a Formula-1 az átalakított Autodromo Hermanos Rodriguez versenypályán. A német pilóta megtartotta a vezetést a hosszú első egyenesben, miközben Danyiil Kvjat hátrébb lerajtolta a harmadik helyről induló Sebastian Vettelt. A ferraris Daniel Ricciardóval ért össze, és defektet szenvedett. Az ütközést vizsgálták, de büntetést nem osztottak ki. A kör végén Fernando Alonso a bokszba hajtott: a McLaren-pilóta versenye eddig tartott.
A két Mercedes hamar elhúzott a többiektől, és Hamilton sem tudott előzési távolságba kerülni csapattársához képest, a differencia kiállásukig egy és két másodperc között ingadozott. A további sorrend Kvjat, Ricciardo, Bottas, Verstappen és Perez volt, amíg a két Williams hamar, a 9. és 10. körben ki nem jött közepes keverékekért. Sebastian Vettel a 11. helyre zárkózott fel, mikor a 18. körben megpördült, ráadásul gumija is megsérült.
Csapattársa, Kimi Raikkönen a mezőny végéről hatodik helyig zárkózott, mikor utolérte őt Valtteri Bottas. A 23. körben a két finn, akárcsak Oroszországban, összeütközött, a ferraris jobb hátsó kereke kitört, és kiesett a versenyből. A két versenyző szintén nem kapott büntetést.
Az élmezőnyből utoljára a két Mercedes cserélt kereket, a 30. körhöz közelítve, a vezetést továbbra is Nico Rosberg tartotta meg. A harmadik helyen Danyiil Kvjat maradt, míg Ricciardót átugrotta mindkettő Williams, köztük az ütközése ellenére negyedikként haladó Valtteri Bottas.
15 körrel a vége előtt a Mercedes váratlanul két kiállásos taktikára váltott a gumikopás miatt – Nico Rosberg kijött a bokszba, a szkeptikus Lewis Hamilton azonban még egy körre kint maradt, amíg meg nem győzték arról, hogy valóban cserélnie kell. Utólag még arra is megkérte a csapatot, hogy vizsgálják meg a lecserélt abroncsot, és számoljanak be az eredményekről. A különbség kettejük között négy másodpercre nőtt.
Sebastian Vettel az 52. körben pontszerző helyen kívül haladva, lekörözöttként elvesztette autója hátulját, és falban kötött ki, a Ferrari egyik pilótája sem fejezte be a versenyt. Beküldték a biztonsági autót, a harc pedig az utolsó 14 körben indult újra, Rosberg, Hamilton, Kvjat, Bottas és Ricciardo sorrendben – a finn rögtön átugrotta az orosz pilótát.
Rosberg és Hamilton hamar maga mögött hagyta az üldözőket, a hátralevő körök alatt 10 másodperc fölé nőtt a differencia. Kettejüket azonban alig egy másodperc választotta el, Hamilton azonban nem tudott támadási helyzetbe kerülni, a nap során szinte hibátlan Nico Rosberg idei negyedik, Ausztria óta első futamgyőzelmét szerezte meg. Valtteri Bottas visszatért a pódiumra Raikkönennel való ütközése után, a két Red Bull Kvjat és Ricciardo sorrendben végeztek mögötte.
Felipe Massa és Nico Hülkenberg mögött a hazai kedvenc, Sergio Perez ért célba nyolcadikként, aki a verseny elején Carlos Sainzzal vívott emlékezetes csatát, de Max Verstappen elleni, stadionban bemutatott előzése is megdobogtathatta a nézők szívét. A holland mögött Romain Grosjean gyűjtötte az utolsó pontot, Pastor Maldonado a 11. helyen ért célba, miután a futam hajrájában majdnem falnak ütközött.
A verseny fontos volt a bajnokság második helyéért vívott csatában: Vettel kiesésével és saját győzelmével Nico Rosberg tekintélyes, 21 pontos előnybe került riválisához képest.
