Parti de la deuxième ligne de la grille, Rossi semblait sur la réserve lorsque Stoner a pris la tête de la course dans le premier virage avant de tenter l'échappée en solitaire. Les trois premiers pilotes du classement, Rossi, Stoner et Pedrosa se sont ensuite battus pour la suprématie, avant que les deux premiers se s'éloignent de Pedrosa. Stoner a pris l'avantage sur l'espagnol en effectuant une manoeuvre osée pour laquelle il s'est excusé, avant de hausser le rythme, Rossi ayant été le seul à pouvoir suivre le pilote du team Ducati.

Rossi est finalement passé devant l'australien dans le quatorzième tour, et l'italien a réédité son exploit de 2001, 2002, 2003, 2004 et 2005 : remporter le Championnat du Monde MotoGP avec une victoire en course.

Stoner est quant à lui remonté sur le podium après en avoir été absent lors des trois dernières courses. Alors que ce résultat n'a pas suffi pour empêcher Rossi de décrocher le titre, l'australien a accédé au top trois au Japon pour la première fois dans la catégorie reine.

Pedrosa et Jorge Lorenzo, le détenteur de la pole, se sont livrés un duel pour la dernière place sur le podium. Le rookie du team Fiat Yamaha a mis la pression sur son rival de chez Repsol Honda, et a même touché sa roue arrière dans le dernier tour de la course. Ralenti par le contact, Lorenzo n'a ensuite pas pu rattraper son compatriote.

Nicky Hayden et Loris Capirossi complètent le top six, l'italien n'ayant pas réussi à s'imposer au Motegi comme il l'avait fait lors des deux dernières éditions de l'épreuve japonaise. Colin Edwards, Shinya Nakano, Andrea Dovizioso et John Hopkins figurent également dans le top dix, tandis que seule la chute de Kousuke Akiyoshi, pilote wildcard pour Rizla Suzuki, est à signaler.

Résultat complet de la course MotoGP de  Motegi :