Pada hari Minggu, dua pembalap utama saling bertemu untuk pertempuran lain setelah pertandingan Sabtu. Kali ini, pertarungan terjadi dalam suasana yang lebih bersifat psikologis daripada fisik, dengan pembalap Ducati berhasil mengalahkan pembalap Aprilia setelah saling menyalip. Marco Bezzecchi berhasil memaksa Marc Marquez untuk terus berjalan di belakangnya sepanjang balapan, dengan hanya dipisahkan oleh jarak setengah detik di akhir lomba. Sementara itu, posisi ketiga ditempati oleh Alex Marquez, sehingga membuat kakaknya memiliki kesempatan untuk meraih gelar juara dalam dua minggu ke depan di Jepang. Dalam balapan tersebut, Francesco Bagnaia terjatuh di urutan ketujuh dan korban lainnya adalah Pedro Acosta yang kehabisan rantai saat berada di urutan keempat.
Di sisi lain, Luca Marini berhasil menduduki posisi ketujuh, dengan Yamaha diselamatkan oleh Fabio Quartararo yang finis di posisi kedelapan. Sementara Miguel Oliveira dan Brad Binder melengkapi posisi sepuluh besar. Jorge Martín mengalami beberapa masalah saat motornya berhenti di lap pemanasan dan akhirnya finis di urutan ke-13.
Selain itu, Augusto Fernandez finis di urutan kedua di balapan pertama menggunakan mesin V4 Yamaha, diikuti oleh Somkiat Chantra di posisi ketiga. Dengan demikian, balapan MotoGP San Marino berhasil menghadirkan pertarungan seru antara pembalap-pembalap top di dunia balap motor.
