Hamilton yang start dari pole position tak sepenuhnya menguasai balapan. Ia dapat dilewati oleh pebalap Ferrari Sebastian Vettel di awal balapan.
Pada putaran ke-38 pebalap Inggris tersebut tertahan di urutan kedua, setelah Vettel mencegah Hamilton melewatinya setelah keluar dari pitstop. Vettel dengan berani membenturkan mobil balap yang dikendarainya ke mobil balap yang dikendarai Hamilton hingga mempertahankan posisi puncak.
Hamilton kemudian dapat melewati Vettel pada putaran ke-44 dan mempertahankan posisi terdepan sampai garis finis. Vettel menyelesaikan lomba di urutan kedua, 3,49 detik di belakang Hamilton.
Tabrakan yang terjadi antara rekan setim Vettel, Kimi Raikkonen, dengan pebalap Red Bull Racing Max Verstappen di putaran pertama, yang membuat keduanya tak bisa meneruskan balapan, plus terhentinya laju rekan setim Hamilton, Valtteri Bottas, di putaran ke-34 akibat kerusakan mesin dimanfaatkan rekan setim Verstappen, Daniel Ricciardo, untuk finis di urutan ketiga.
Tabrakan antara Raikkonen dan Verstappen disebabkan senggolan mobil balap Bottas terhadap mobil balap Raikkonen di belokan pertama pada sirkuit.
Dengan hasil yang terjadi di Barcelona, Vettel masih menempati peringkat pertama klasemen pebalap dengan 104 poin. Hamilton di bawahnya dengan 98 poin, disusul Bottas di urutan ketiga dengan 63 poin. Raikkonen di urutan empat dengan 49 poin, lalu duo Red Bull Ricciardo dan Verstappen di urutan lima dan enam dengan masing-masing merngumpulkan 37 dan 35 poin dari lima balapan F1 yang telah berlangsung musim ini.
Duo Force India, Sergio Perez dan Esteban Ocon, di posisi ketujuh dan kedelapan dengan 34 poin dan 19 poin. Di Circuit de Barcelona-Catalunya, Perez finis urutan ke-empat dan Ocon finis urutan kelima.