Hamilton suma una victoria vital para él por delante de su compañero y de un Max Verstappen implacable en las últimas vueltas. En cuanto a los españoles, Carlos Sainz finalizó sexto y Fernando Alonso décimo.
Con la vuelta de formación, Romain Grosjean impactó contra las protecciones en la curva 14 lo que al final hizo que el piloto de Haas no pudiera colocarse en la parrilla. Sin embargo, la carrera se retrasaba por la lluvia sobre el trazado y por detrás del Safety Car hasta la vuelta 8. El espectáculo comenzaba con el adelantamiento de Verstappen sobre Räikkönen en la curva 1 por la tercera plaza y Alonso superando a Pérez por la octava. Kevin Magnussen fue el pionero en equiparse los intermedios cuando la pista estaba aún en condiciones bastante delicadas aunque muchos también siguieron los pasos del piloto de Renault.
Tras cinco vueltas, Marcus Ericsson sufrió un fuerte accidente al pisar el piano de la curva 15 ocasionando que el C35 se quedara en medio de la entrada del pit lane lo que provocó la nueva aparición del coche de seguridad. Después del incidente, Verstappen entraba a boxes, con lo que tuvo que esquivar al Sauber, y se cerró inmediatamente el pit lane. Pero Daniel Ricciardo había entrado justamente después de la indicación lo que acabó con una sanción de 5 segundos al piloto australiano.
En la vuelta 20, cuando el Safety Car había entrado en boxes para que se relanzara la carrera, Kimi Räikkönen sufría un trompo que pasó de un lado a otro de la pista quedando aparcado en el muro lo que generó que ondeara la bandera roja sobre Interlagos.
Con el periodo de coche de seguridad se produjo el accidente de Jolyon Palmer con Daniil Kvyat donde el Renault impactó con el de Toro Rosso haciendo que el piloto británico quedara fuera de carrera. Cuando se llegó a la vuelta 28, la bandera roja volvió a hacer acto de presencia por la elevada dificultad para pilotar bajo la lluvia. El orden de los pilotos antes del relanzamiento eran ambos Mercedes, Hamilton delante de Rosberg, Verstappen tercero, Pérez cuarto, Sainz quinto, Nasr sexto, Ricciardo séptimo, Ocon octavo, Wehrlein noveno y Fernando Alonso en décima plaza.
La sesión se restablecía en la vuelta 29 pero por detrás del Mercedes de Bernd Mayländer. Después de tres vueltas rodando lentamente, las luces del coche de seguridad se apagaron. Max Verstappen al salir de "las S de Senna" se emparejó a Rosberg y le adelantó en la desactivada recta del DRS y ponía como nuevo objetivo al Mercedes líder, el de Lewis Hamilton. Por detrás Daniel Ricciardo empujaba a su RB12 con la que superó a Carlos Sainz y se colocaba el australiano en quinta posición a por el Force India de Pérez.
En la vuelta 39 a Verstappen se le descontroló el coche, tras la subida de la curva 14, en la que estuvo cerca de abandonar pero con gran maestría mantuvo a su monoplaza en pista y manteniendo la segunda plaza por delante de Rosberg. Trascurridas diez vueltas, Rosberg tuvo la misma acción del holandés de Red Bull con la que pudo controlar su W07. Sin embargo en el giro 49, desafortunadamente Felipe Massa abandonó delante de su afición en un hecho similar al del accidente de Ericsson. Con el coche del brasileño en pista, el Safety Car regresó al trazado, con esta situación los Red Bull pasaron por boxes para cambiar sus intermedios por los compuestos de lluvia extrema.
Cuando la bandera verde ondeaba otra vez, Fernando Alonso trompeó en la conflictiva decimocuarta curva perdiendo la zona de puntos que estaba colocado en la mayoría de la sesión. A falta de diez giros para el final, Esteban Gutiérrez tuvo que retirarse debido a un fallo electrónico. En las últimas vueltas, Max Verstappen estuvo imparable gracias a su remontada después de parar hasta escalar a la tercera posición por detrás de ambos Mercedes.
Cuando la bandera a cuadros ha ondeado finalmente, Lewis Hamilton ha logrado una importante victoria y Nico Rosberg segundo haciendo que el título mundial se juegue en la última cita y Max Verstappen alcanzó un podio muy trabajado cuando parecía que quedaría fuera de la zona de puntos. Por detrás, Sergio Pérez finalizó cuarto, Sebastian Vettel quinto, Carlos Sainz sexto que soportó con habilidad a Nico Hülkenberg y Daniel Ricciardo, y en los últimos puestos de puntos Felipe Nasr que consigue los primeros puntos de Sauber y Fernando Alonso en décima plaza que tuvo ese inafortunado trompo.
El mundial se decidirá en Yas Marina entre los dos compañeros de Mercedes, Nico Rosberg con conseguir una segunda plaza se asegura su primer título a pesar de que Hamilton logre el triunfo.