Dzięki emocjonującej wygranej na ojczystej ziemi, Fernando Alonso objął prowadzenie w mistrzostwach. Hiszpan zakwalifikował się z 11. czasem, ale po dwóch krótkich przejazdach na miękkich oponach P Zero "żółtych" i długim, liczącym 29 okrążeń przejeździe na pośrednim ogumieniu P Zero "białym" zyskał 10 pozycji.
Zdobywca pole position, Sebastian Vettel z Red Bulla, prowadził z 20 sekundami przewagi, ale w połowie wyścigu na tor wyjechał samochód bezpieczeństwa. Niemiec zjechał po pośrednie opony i miał nadzieję na dojechanie do mety na tym zestawie ogumienia, po wcześniejszym dwukrotnym skorzystaniu z miękkiej mieszanki. Wrócił na tor na prowadzeniu, ale krótko po restarcie wycofał się z wyścigu wskutek defektu samochodu. Prowadzenie przejął lokalny bohater Alonso, który także wykorzystał neutralizację do ostatniej wizyty na pasie serwisowym, po zestaw pośrednich opon.
Romain Grosjean z Lotusa stosował podobną taktykę do Alonso i mógł zagrozić kierowcy Ferrari, ale na 40. okrążeniu jego również dopadły problemy techniczne. Obsada miejsc na podium rozstrzygnęła się na ostatnich okrążeniach, po dramatycznym finiszu pełnym incydentów i wyprzedzania.
Drugie miejsce zajął Kimi Raikkonen z Lotusa, przed Michaelem Schumacherem z Mercedesa. Raikkonen także wykorzystał neutralizację do założenia ostatniego zestawu opon, a Schumacher zastosował inną taktykę. Trzecie miejsce Schumachera startującego z najwyższej pozycji (12.) wśród zaledwie pięciu zawodników ruszających na pośrednich oponach, to jego najlepszy tegoroczny rezultat i jednocześnie pierwsze podium od powrotu do Formuły 1, zdobyte po spektakularnej szarży na ostatnich okrążeniach, przejechanych na miękkich oponach. Kolejny raz na podium znalazły się samochody trzech różnych zespołów, korzystające z trzech różnych silników, prowadzone przez trzech mistrzów świata.
Paul di Resta z Force India jako jedyny zastosował strategię jednego pit stopu, zatrzymując się na zmianę miękkich opon na pośrednie na 23. okrążeniu. Tym samym pokonał najdłuższy dystans na obu mieszankach: 23 okrążenia na miękkiej i 34 na pośredniej. Di Resta finiszował na siódmej pozycji, zaledwie dwa miejsca za zjeżdżającym dwukrotnie zespołowym kolegą Nico Hulkenbergiem, którego piąta lokata jest także jego najlepszym osiągnięciem w karierze.
Paul Hembery z Pirelli powiedział po wyścigu: Walencja jest torem, na którym wyprzedzanie zawsze było bardzo trudne, ale dziś tak nie było manewrów było tak wiele, że czasami nie wiadomo było, na co patrzeć! To bardzo ciężki tor, co widać po liczbie samochodów, które nie dojechały do mety, a Fernando wykonał wspaniałą pracę, zwyciężając po starcie z 11. pozycji. Końcówka była szczególnie interesująca, z pierwszą trójką, która stosowała podobną strategię. Jednak Lewis Hamilton zaliczył kolizję, a Michael Schumacher przebił się do przodu. Była to fantastyczna okazja do popatrzenia, jak samochody i kierowcy radzą sobie z ogumieniem w wyrównanych warunkach, zwłaszcza na ostatnich okrążeniach. Gratulacje także dla Schumachera i Mercedesa: fantastycznie jest widzieć wielkiego mistrza z powrotem na podium, w towarzystwie dwóch innych wielkich mistrzów, którzy również spisali się imponująco.
