Stoner vince al Mugello ponendo fine al dominio di Rossi che chiude al terzo posto, contenendo il ritorno di Dovizioso. Alla partenza è Randy de Puniet a mettersi davanti a tutti, seguito da Pedrosa e Rossi, ma già al secondo giro i vertici della corsa cambiano con Stoner che risale posizioni e passa in testa sfruttando la scia sul rettilineo. Dovizioso si riappropria della prima posizione nella staccata della curva San Donato, poi è Rossi al quinto giro a superare tutti e mettersi al comando delle operazioni. L’asfalto intanto continua ad asciugarsi e così tutti sono costretti ad una sosta ai box per cambiare le moto a 13 giri dalla fine. Melandri esce per primo ma Dovizioso (che aveva cambiato moto e coperture nel giro precedente) sfrutta la superiorità termica delle sue gomme e passa subito Melandri, mentre fa stranezza la scelta di Rossi di scegliere l’opzione della doppia gomma dura.

Pedrosa intanto cade rovinosamente, dopo esser già scivolato al suolo nella giornata di ieri, ed è costretto al ritiro, Stooner ripassa Dovizioso a 10 giri dalla fine ed anche Capirossi supera lo spagnolo lanciandosi all’inseguimento della Ducati e passando in testa alla gara due giri più tardi, con la Suzuki dell’italiano che sfrutta l’accelerazione della sua Ducati. La gioia di Capirossi dura solo un giro poi è Stoner a ripassare il pilota Suzuki e a lanciarsi verso la vittoria. Il podio si decide all’ultimo giro con le due Yamaha di Lorenzo e Rossi che sorpassano la Suzuki di Capirossi, mettendosi alle spalle di Stoner che vince il GP del Mugello ed è primo anche in classifica generale.