9月9日，2012年F1意大利站正赛在蒙扎赛道进行。迈凯轮车队的汉密尔顿一路领先夺得冠军。索伯车队的佩雷兹利用保胎策略获得亚军。法拉利车队阿隆索第十位发车带回季军，马萨第四名。莱科宁和舒马赫分获第五、六名。维泰尔和巴顿遗憾品尝退赛苦果。
　　迈凯轮车队包揽发车前排，汉密尔顿杆位，巴顿第二。法拉利车队马萨获得本赛季最佳的第三位发车。舒马赫、维泰尔、罗斯伯格和莱科宁排在第四至第七位。阿隆索因为排位赛第三节遇到赛车故障发车位仅排在第十位。韦伯第11位发车。
　　法拉利车队马萨发车迅猛，在直到上超过巴顿，一号弯处向汉密尔顿发动进攻未果，但仍抢占到第二位，巴顿推至第三位。阿隆索在一圈之后升至第七位，第二圈超越莱科宁后升至第六位。3圈过后，汉密尔顿领先马萨2秒，领先巴顿3秒。
　　维泰尔和阿隆索分别在第三圈和第六圈超越舒马赫，分别升至第四位和第五位。舒马赫与莱科宁排在第六位和第七位。汉密尔顿以每圈0.3秒的优势扩大领先距离，十圈之后，他领先马萨3.4秒，领先巴顿和维泰尔5.5秒和6。5秒，领先阿隆索8.7秒。以上五位车手形成第一集团。
　　第14圈，罗斯伯格率先进站换胎，随后舒马赫也进站换胎，两位车手都换下软胎换上硬胎。第17圈莱科宁进站，同样换上硬胎。第18圈，马萨圈速骤降1秒，接下来一圈被巴顿超过。迈凯轮再次占据前两名。马萨第19圈进站换上硬胎。第20圈维泰尔与阿隆索同时进站，两人都换上硬胎，相互次序不变。第22-23圈，巴顿和汉密尔顿先后进站，两人都换上硬胎。
　　第24圈，没有进站的佩雷兹暂时领跑。汉密尔顿、巴顿二三位，马萨第四。第五位的维泰尔遭到阿隆索猛攻，但他的防守也很顽强。第29圈，汉密尔顿超越佩雷兹，回到头位。阿隆索也在同一圈超越维泰尔，升至第五位。佩雷兹第29圈完成首次进站，回来排在第8位。
　　第32圈，赛会干事处罚维泰尔通过维修站，因为他在前面防守阿隆索时把对手逼出了赛道。维泰尔受罚后从第五位下降至第九位。第34圈，巴顿的赛车出现故障，在第二位的位置上遗憾退赛。索伯车队的佩雷兹在超越莱科宁之后，名次升至第四位。
　　第39圈，阿隆索追至马萨车尾，并在第40圈的一号弯超越队友，阿隆索升至第二位。
　　比赛尾声，“保胎王”佩雷兹不断做出最快圈速，他以每圈比对手快一秒的优势前进。佩雷兹先是在第44圈超越马萨，升至第三位。随后在第46圈超越阿隆索，升至第二位。而红牛车队的维泰尔在第48圈退赛，赛车引擎出现故障。
　　最终，汉密尔顿一路领先夺得意大利大奖赛冠军。索伯车队的佩雷兹策略奏效获得亚军。法拉利车队阿隆索季军，马萨获得赛季最好的第四名。莱科宁和舒马赫获得第五和第六位。维泰尔和巴顿两位世界冠军品尝退赛苦果。