MotoGP第8戦エミリア・ロマーニャGPの決勝レースがイタリアのミサノ・ワールド・サーキット・マルコ・シモンチェリで行われ、MotoGPクラスはマーベリック・ビニャーレス（モンスターエナジー・ヤマハMotoGP）が2020年シーズン初優勝を飾った。中上貴晶（LCRホンダ・イデミツ）は12番手スタートから6位でフィニッシュを果たしている。
MotoGPクラスの前に決勝レースが行われたMoto2クラスでは、レース中に雨が落ち、その影響でレースが中断。その後、レース周回数を減算して再開された。MotoGPクラスの決勝レースが開催されるころには陽が射し、予定された現地時間14時（日本時間21時）よりドライコンディションで行われた。
気温27度、路面温度38度で始まったMotoGPクラスの決勝レース。ホールショットを奪ったのは2番グリッドスタートのジャック・ミラー（プラマック・レーシング）。ミラーは午前中に行われたウオームアップセッションでハイサイド転倒を喫したが、無事に決勝レースに出走していた。
そのミラーを、ビニャーレスがオーバーテイク。ビニャーレスがオープニングラップをトップで終える。2番手に続くのはミラー、そして3番手にミラーのチームメイトであるフランセスコ・バニャイア（プラマック・レーシング）が続く。
序盤は転倒が相次いだ。1周目には前戦ウイナーのフランコ・モルビデリ（ペトロナス・ヤマハSRT）とアレイシ・エスパルガロ（アプリリア・レーシング・チーム・グレシーニ）が8コーナーで転倒。2周目、6番手付近を走行していたバレンティーノ・ロッシ（モンスターエナジー・ヤマハMotoGP）が4コーナーで転倒を喫する。この2周目には上位を走行していたブラッド・ビンダー（レッドブル・KTM・ファクトリーレーシング）が15コーナーでクラッシュ。モルビデリ、ロッシ、ビンダーは再び戦線に復帰した。
こうしたなかでトップを守るビニャーレス。4周目を迎えるころには2番手にバニャイアが浮上し、3番手にポル・エスパルガロ（レッドブル・KTM・ファクトリーレーシング）がつける。また、ビンダーがこの周回で2回目の転倒を1コーナーで喫した。
前戦でリヤタイヤのグリップに苦しんだビニャーレスは、前戦に履いたハードタイヤから、今回はミディアムタイヤを選択。1分32秒中盤のタイムを刻みながらレースをリードする。しかしそのビニャーレスに、前戦2位フィニッシュのバニャイアが迫る。その差は約0.1秒。バニャイアは5周目にはファステストラップを叩き出しながらビニャーレスを追い、6周目の4コーナーでビニャーレスがややワイドになったところを見逃さず、オーバーテイク。
トップに立ったバニャイアは、ビニャーレスに対して0.5秒、0.7秒と少しずつ差を広げていく。ビニャーレスの約1秒後方には、変わらずエスパルガロ弟がつけ、さらにその0.7秒ほど後方にファビオ・クアルタラロ（ペトロナス・ヤマハSRT）が続く状況。
9周目、2番グリッドスタートだったミラーがピットイン。バイクを降りてピットボックスに歩いていった。
レース折り返しの13周目を迎え、トップは依然としてバニャイア。その約1.4秒後方にビニャーレス、さらに約2秒後方にエスパルガロ弟が続き、トップ3はそれぞれ単独走行。4番手にはクアルタラロ、5番手にはジョアン・ミル（チーム・スズキ・エクスター）がつける。
17周目には、転倒から再びレースに復帰していたロッシがピットイン。地元サーキットであるミサノ・ワールド・サーキット・マルコ・シモンチェリで無念のリタイアとなった。
