Memasuki lap keenam, Lorenzo dan Stoner bertarung semakin ketat karena mereka hanya berselisih 0,1 detik, edangkan Pedrosa tertinggal 0,9 detik. Kondisi serupa juga terjadi antara Dovizioso dan Simoncelli yang kembali merangsek ke depan ketika menyalip rekan sesama pebalap Italia tersebut untuk berada di posisi keempat.
Pada lap ke-11, Lorenzo mulai sedikit menjauh dari kejaran Stoner. Juara dunia dua kali kelas 250 cc tersebut unggul 0,589 detik sehingga dia sudah cukup nyaman berada di depan dan kian dekat dengan ambisinya untuk memangkas gap dengan Stoner dalam perburuan gelar juara dunia musim 2011.
Adapun di kelompok barisan kedua terjadi perubahan komposisi ketika balapan akan memasuki lap ke-16. Spies yang sempat terpuruk pada urutan ketujuh berhasil mengalahkan Rossi ketika bertarung di lintasan lurus dan selanjutnya memberikan ancaman kepada Dovizioso.
Kembali ke posisi terdepan, Lorenzo tampaknya tak terbendung untuk membukukan kemenangan ketiga sepanjang musim ini. Saat balapan tersisa sembilan lap, pebalap Spanyol tersebut sudah jauh berada di depan dengan keunggulan 3,889 detik dari Stoner yang justru mulai mendapat ancaman dari Pedrosa.
Benar saja, pada lap ke-22, Stoner harus turun satu strip ke urutan ketiga karena pada lintasan lurus, Pedrosa berhasil melibasnya. Sebuah kenyataan yang tentu saja memberikan angin segar bagi Lorenzo dalam usahanya mempertahankan gelar juara dunia. Sebab, perbedaan poin mereka bisa terpangkas sembilan poin.
Memasuki tiga lap terakhir, ketika Lorenzo sudah unggul 7,428 detik dari Pedrosa, pertarungan sengit justru terjadi antara Simoncelli, Dovizioso, dan Spies untuk memperebutkan posisi empat. Ketika memasuki tikungan ke kanan, Dovizioso mengambil kesempatan untuk menyalip Simoncelli dari sisi dalam dan berhasil mempertahankan posisi tersebut.
Namun, pada lap ke-28 yang merupakan lap terakhir, Simoncelli kembali menunjukkan aksinya yang berani mengambil risiko. Di tikungan, "Super Sic" lagi-lagi menempel ketat Dovizioso dan mampu mengalahkan kompatriotnya tersebut. Dia bisa mempertahankan keunggulannya hingga menyentuh garis finis meskipun dengan selisih sangat tipis, yaitu hanya 0,043 detik.
Hasil GP San Marino
1. Jorge Lorenzo, ESP Yamaha Factory Racing, 44 menit 11,877 detik
2. Dani Pedrosa, ESP Repsol Honda, 44 menit 19,176 detik
3. Casey Stoner, AUS Repsol Honda, 44 menit 23,844 detik
4. Marco Simoncelli, ITA San Carlo Honda Gresini, 44 menit 29,230 detik
5. Andrea Dovizioso, ITA Repsol Honda, 44 menit 29,267 detik
6. Ben Spies, USA Yamaha Factory Racing, 44 menit 29,969 detik
7. Valentino Rossi, ITA Ducati Marlboro, 44 menit 35,580 detik
8. Alvaro Bautista, ESP Rizla Suzuki, 44 menit 42,555 detik
9. Hector Barbera, ESP Mapfre Aspar, 44 menit 49, 379 detik
10. Cal Crutchlow, GBR Monster Yamaha Tech 3, 44 menit 49,597 detik
11. Hiroshi Aoyama, JPN San Carlo Honda Gresini, 44 menit 51,425 detik
12. Karel Abraham, CZE Cardion AB Motoracing, 44 menit 52,383 detik
13. Colin Edwards, USA Monster Yamaha Tech 3, 45 menit 5,226 detik
14. Randy de Puniet, FRA Pramac Racing, 45 menit 14,243 detik
15. Toni Elias, ESP LCR Honda, 45 menit 32,033 detik
DNF:
Loris Capirossi, ITA Pramac Racing
Nicky Hayden, USA Ducati Marlboro