Vasárnap 14 órakor rajtolt el a MotoGP idei utolsó versenye, a Valenciai Nagydíj, amelynek a Yamahától búcsúzó Jorge Lorenzo vághatott neki a pole-pozícióból. A spanyol a start után is megőrizte az első helyet, a kemény első gumit választó Marc Marquez azonban nagyon rosszul indult el, így Lorenzo mögé Andrea Iannone és Maverick Vinales zárkózott fel. Az ötszörös világbajnok pillanatok alatt elhúzott az üldözőitől, s a ducatis is viszonylag jól tartotta a második helyet, mögöttük viszont néhány kör elteltével Rossi és Marquez is áthámozta magát Vinalesen. Közben néhánya idejekorán elbúcsúztak a küzdelemtől: Yonny Hernandez és Dani Pedrosa is elesett a futam elején.
Rossi viszonylag hamar utolérte Iannonét is, ám csak sokadik próbálkozásra, amikor már Marquez is beszúrt az olasz mellé, tudott tartósan honfitársa előtt maradni, mivel a Ducati egyenesbeli erejének is köszönhetően folyamatosan visszatámadott. A „Doktor” azonban nem tudott ellépni Iannonétől, aki néhány kör elteltével vissza is előzte a yamahást. Rossin ráadásul még Marquez is átlépett, aki azzal a lendülettel Iannonét is igyekezett maga mögé utasítani, sőt neki sikerült is lerázni magáról a többieket. A harmadik helyért azonban még kiélezett csata folyt Iannone és Rossi között, és egy ideig Vinales is ott várt a kínálkozó lehetőségre.
Lorenzót azonban mindez nem zavarta, s bár repsolos honfitársa – részben valószínűleg a keményebb első abroncsnak is köszönhetően – a végén közeledni tudott hozzá, így is rendkívül magabiztos győzelemmel köszönt el a Yamahától, amely a Katalán Nagydíj óta először tudott futamot nyerni. Marquez második hellyel zárta világbajnoki évét, a dobogó alsó fokára pedig egy tulajdonképpen egész versenyen keresztül zajló csata után a Ducatitól távozó Iannone állhatott fel. Rossi lett a negyedik, Vinales az ötödik, a top10-be pedig Pol Espargaro, Dovizioso, Aleix Espargaro, Smith és Bautista fért még be. Kallio végül nem tudott célba érni az első futamát teljesítő KTM-mel. A mezőny legközelebb kedden, a valenciai teszt első napján csap össze.
