第6戦イタリアGPは高速コースのムジェロが舞台。初日のフリー走行1回目はウエットとなったが、ドライの2回目ではアンドレア・イアンノーネ（ドゥカティ）がトップタイムを記録。イアンノーネはフリー走行3回目、4回目でもトップタイムをマークする。
しかし、予選でポールポジションを獲得したのはバレンティーノ・ロッシ（モビスター・ヤマハ）。マーベリック・ビニャーレス（スズキ）が2番手と今シーズン2回目のフロントロウを獲得。イアンノーネが3番手となった。
決勝レースはロッシが好スタートを切り、5番グリッドからスタートしたホルヘ・ロレンソ（ヤマハ）が2番手に続く。ロレンソは1周目にトップに立ち、ロッシとテール・トウ・ノーズのバトルを展開するが、9周目にロッシのマシンにエンジントラブルが発生し、マシンを止めてリタイアとなる。
レース中盤以降、トップを行くロレンソに追いついてきたのがマルク・マルケス（レプソル・ホンダ）。ロレンソとマルケスはポジションを入れ替えながらバトルを展開。最終ラップも何度かトップを入れ替える接戦となり、最終コーナーをトップで立ち上がったのはマルケスだったが、ゴールライン直前にスリップから抜け出したロレンソがコンマ019秒の僅差で前でゴール。前戦フランスGPに続いて、今シーズン3勝目を記録した。マルケスは僅差の2位。3位にアンドレア・イアンノーネ（ドゥカティ）が入賞した。
チャンピオンシップポイント争いではロレンソが115ポイントでトップ。マルケスが105ポイントでランキング2位に続き、ロッシはノーポイントに終わったものの、78ポイントでランキング3位をキープした。
