Der von der Pole Position gestartete Brasilianer setzte sich beim 12. von 18 WM-Läufen mit 5,6 Sekunden Vorsprung vor dem Briten Lewis Hamilton im McLaren-Mercedes durch, der aber durch seinen zweiten Platz die Führung in der Gesamtwertung vor dem neuen Zweiten Massa um einen auf sechs Zähler ausbaute (70:64). Für Massa war der Sieg beim Großen Preis von Europa der vierte in dieser Saison und der neunte in seiner Karriere. In Ungarn hatte ihn ein Motorschaden drei Runden vor Schluss um den verdienten Erfolg gebracht.
Vor 115.123 Zuschauern rund um den neuen Kurs im America's-Cup-Hafen von Valencia komplettierte der Pole Robert Kubica im BMW-Sauber als Dritter das Podium. Bester Deutscher war Sebastian Vettel aus Heppenheim. Der Toro-Rosso-Pilot aus Heppenheim, der am Samstag als Sechster sein bestes Qualifikations-Ergebnis geholt hatte, behauptete diesen Platz auch im Rennen. WM-Punkte holten ebenfalls Timo Glock aus Wersau im Toyota als Siebter und Nico Rosberg aus Wiesbaden im Williams-Toyota als Achter. Dagegen verpasste der Mönchengladbacher Nick Heidfeld im zweiten BMW-Sauber als Neunter knapp die Punkteränge. Adrian Sutil aus Gräfelfing schied nach einem Mauerkontakt mit seinem Force-India-Ferrari vorzeitig aus.
Beim Start hatte Massa seine Pole Position gegen Hamilton behauptet, Kubica blieb auf Rang drei. Vettel behielt seine sechste Position, während Rosberg sich an Heidfeld vorbei auf Platz acht schob. Einen guten Start erwischte Glock, der von Position 13 auf den zehnten Rang vorfuhr.
Für Lokalmatador Fernando Alonso dagegen war das Rennen zum Entsetzen der spanischen Fans schon nach der ersten Runde beendet. Der Japaner Kazuki Nakajima war dem zweimaligen Weltmeister ins Heck gefahren, wobei an dessen Renault der Heckflügel abbrach. Das war in der Box nicht mehr zu beheben, so dass Alonso aufgeben musste. "Wir wollten für die Fans noch mal rausfahren, aber die Aufhängung war zu stark beschädigt", meinte der Spanier.
Während Sutil, der aus der Boxengasse gestartet war, sich schon nach fünf Runden bis auf Platz 15 vorgeschoben und kurz darauf auch seinen Teamkollegen Giancarlo Fisichella passiert hatte, setzte sich Massa in der Anfangsphase leicht von seinem Kontrahenten Hamilton ab. Kubica konnte dem Führungsduo nicht folgen, auch weil eine aufgesammelte Tüte, die sich in den seitlichen Luftleitblechen verfangen hatte, für mehrere Runden die Aerodynamik seines Autos störte.
In der 15. Runde kam Massa, der 4,8 Sekunden Vorsprung herausgefahren hatte, als Erster zum ersten Tankstopp und unmittelbar vor Teamkollege Räikkönen als Vierter zurück auf die Strecke. Hamilton nutzte die freie Fahrt an der Spitze gleich zu einer Rekordrunde, ging aber in Runde 17 ebenfalls an die Box. Es reichte aber nicht, um vor Massa zurück auf die Piste zu kommen. Danach vergrößerte der Brasilianer kontinuierlich sein Polster auf Hamilton.
In Runde 37 absolvierte Massa mit einem Zehn-Sekunden-Polster auf Hamilton seinen zweiten Boxenstopp, erlebte danach aber eine Schrecksekunde. Da ihn sein Team zu früh losfahren ließ, wäre er beinahe mit dem Force India von Sutil kollidiert, der von hinten kam. Hamilton stoppte eine Runde später und reihte sich danach wieder auf dem zweiten Platz ein.
Auch beim zweiten Stopp von Massas Teamkollegen Räikkönen gab es einen Zwischenfall. Der Finne fuhr zu früh los und riss dabei seinen Tankwart um, der danach verletzt abtransportiert werden musste. Er erlitt nach einer ersten Diagnose eine leichte Knöchelverletzung und klagte über Rückenschmerzen. Zwei Runden später war Räikkönens Rennen zu Ende, weil diesmal sein Motor mit einer großen weißen Rauchwolke seinen Dienst quittierte.
Insgesamt war die Veranstaltung in Valencia ein großer Erfolg. "Das ist der beste Stadtkurs überhaupt und eine der besten Rennstrecken der Welt", lobte Formel-1-Boss Bernie Ecclestone und lässt Valencias Bürgermeisterin Rita Barbera und Provinz-Präsident Francisco Camps schon davon träumen, Monaco als Glamour-Rennen Nummer eins abzulösen.