Depois de ser superado na largada, Lewis Hamilton reagiu, pressionou Max Verstappen por 60 voltas, ultrapassou o holandês e venceu o GP da Espanha, no circuito de Barcelona. Foi a 3ª vitória no atual campeonato, a 98ª da carreira e a 5ª no circuito espanhol do inglês da Mercedes, eleito o melhor piloto do dia. Max Verstappen, da Red Bull, o segundo colocado, a 15s841 do vencedor, fez a volta mais rápida da prova, com 1m18s159, na 63ª. Valtteri Bottas, da Mercedes, completou o pódio, tendo ficado a 26s610 do companheiro de equipe.
A vitória de Hamilton deveu-se principalmente a uma acertada estratégia da Mercedes, que promoveu um pit stop extra para que, com pneus mais frescos ele pudesse baixar a vantagem de Verstappen, que correu 41 voltas com o mesmo jogo de pneus médios. Só na volta 61 o holandês colocou pneus macios, para buscar a volta mais rápida, depois de dar a corrida por perdida. As diferentes estratégias adotadas pela Mercedes e Red Bull deram muita movimentação e o 31º GP da Espanha acabou tendo momentos de muita emoção, numa pista conhecida pelas dificuldades nas ultrapassagens.
Na largada, Hamilton e Verstappen se emparelharam nos 612 metros da reta e chegaram juntos à primeira curva, onde ambos retardaram a freada e o holandês botou o carro por dentro, obrigando o inglês a ceder a liderança. Na curva 3, Leclerc passou por Bottas, para ser terceiro e ainda na primeira volta, Ricciardo e Perez ganharam 2 posições; Ocon e Sainz perderam 2 e os 10 primeiros passaram a ser Verstappen, Hamilton, Leclerc, Bottas, Ricciardo, Perez, Ocon, Sainz, Norris e Alonso.
Na volta 8, o motor de Yuki Tsunoda, da AlphaTauri, pifou e ele parou na aproximação da curva 10, em lugar perigoso, provocando bandeira amarela e depois safety car, que ficou na pista até o final da volta 9. Na relargada, na volta 10, Verstappen aumentou a vantagem, mas Hamilton também aumentou a pressão, várias vezes baixando a diferença para menos de um segundo, porém sem conseguir passar, mesmo de asa aberta. Na volta 22, começaram os pits stops, com as paradas de Alonso e Vettel, que voltaram em 17º e 19º, respectivamente; de Carlos Sainz, na 23, para trocar os pneus macios por médios; de Bottas e Norris, na 24, também colocando compostos médios. Verstappen fez sua primeira para passar aos pneus médios e a falha do mecânico responsável pelo pneu traseiro direito atrasou a troca e ele voltou na 5ª posição, cedendo a liderança a. Hamilton. Na volta 26, por ordem da equipe, Perez cedeu a 4ª posição ao holandês, que reassumiu o primeiro lugar na volta 28, com a primeira parada de Hamilton. Com pneus médios novos, Hamilton não demorou a alcançar o rival de novo e iniciar a sua caça. Na metade da prova, na volta 33, com apenas Raikkonen não tendo feito a troca de pneus, os dez primeiros colocados eram Verstappen, Hamilton, Bottas, Leclerc, Ricciardo, Perez, Sainz, Perez, Sainz, Raikkonen, Ocon e Norris.
Na vota 42, Hamilton fez a parada que definiu a corrida. Com pneus médios usados, voltou em 3º, foi retardado por Bottas, que demorou em dar passagem, mas na volta 52 passou ao segundo lugar e começou a caçada final ao adversário, diminuindo a desvantagem a cada volta. Depois de várias voltas com diferenças menores do que 1 segundo, finalmente, no início da volta 60, na reta, usando a asa móvel, Hamilton ultrapassou Verstappen e assumiu a liderança. Na volta 61, para diminuir o prejuízo e tentar o ponto extra, o piloto da Red Bill parou para pôr pneus macios, a fim de tentar a volta mais rápida. Depois de uma disputa com Bottas, que, na 54, também tinha colocado os macios, com o mesmo objetivo, na volta 62 Verstappen atingiu seu intento, fazendo 1m18s149.
Charles Leclerc, da Ferrari, foi o 4º colocado; Sergio Perez, da Red Bull, o 5º; Daniel Ricciardo, da McLaren, Carlos, Sainz, da Ferrari, Lando Norris, da McLaren, Esteban Ocon, da Alpine e Pierre Gasly, da AlphaTauri (que sofreu punição de 5 segundo por colocado o carro fora do colchete na largada), completaram a zona de pontuação.
A classificação final da corrida foi a seguinte:
| Posição | Piloto | Equipe | Tempo |
| 1º | Lewis Hamilton | Mercedes | 1h33m07s680 |
| 2º | Max Verstappen | Red Bull | a 15s841 |
| 3º | Valtteri Bottas | Mercedes | 26s610 |
| 4º | Charles Leclerc | Ferrari | 54s616 |
| 5º | Sergio Perez | Red Bull | 1m03s671 |
| 6º | Daniel Ricciardo | McLaren | 1m13s768 |
| 7º | Carlos Sainz | Ferrari | 1m14s670 |
| 8º | Lando Norris | McLaren | 1 volta |
| 9º | Esteban Ocon | Alpine | 1 volta |
| 10º | Pierre Gasly | AlphaTauri | 1 volta |
| 11º | Lance Stroll | Aston Martin | 1 volta |
| 12º | Kimi Raikkonen | Alfa Romeo | 1 volta |
| 13º | Sebastian Vettel | Aston Martin | 1 volta |
| 14º | George Russell | Williams | 1 volta |
| 15º | Antonio Giovinazzi | Alfa Romeo | 1 volta |
| 16º | Nicholas Latifi | Williams | 1 volta |
| 17º | Fernando Alonso | Alpine | 1volta |
| 18º | Mick Schumacher | Haas | 2 voltas |
| 19 | Nikita Mazepin | Haas | 2 voltas |
| Não completou | |||
| Yuki Tsunoda | AlphaTauri | 8- elétrica | |
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