西班牙大奖赛决赛的起跑顺位安排虽然依照排位赛的成绩进行，但有几个特殊情况。首先，角田裕毅在排位赛垫底后，因为大幅度的赛车设定调整而从维修区起跑。与此同时，阿斯顿马丁车队也宣布，斯特罗尔由于旧伤复发决定退赛，使得决赛最终只有19位车手参赛。

比赛在晴朗而炎热的加泰罗尼亚赛道上进行，赛道温度高达摄氏30度，且比赛全程为66圈，车手们必须至少进行一次进站换胎。除了角田裕毅外，所有车手都选择使用软胎来应对紧张激烈的起跑攻防战。

起跑灯熄灭后，皮亚斯特里顺利守住了领先位置，然而诺里斯则在维斯塔潘的逼迫下掉到了第三位。随即，汉密尔顿和勒克莱尔相继超越了拉塞尔，导致拉塞尔不仅未能前进，反而下滑至第六。霍肯伯格则因避开拥堵车流而越过赛道线，成功与阿隆索展开了第十名的争夺。

尽管维斯塔潘在第3圈的起跑直线有所动作，试图对皮亚斯特里构成威胁，但皮亚斯特里凭借出色的单圈速度回应，迅速拉开了与维斯塔潘的差距。与此同时，第八名的加斯利引领着一群车手形成了激烈的DRS牵制战。

当法拉利车队在第10圈要求汉密尔顿让位给速度更快的勒克莱尔，并且为后方车手如贝尔曼等开启第一波进站窗口时，诺里斯开始加大对维斯塔潘的压力。维斯塔潘在一圈后直线未能有效抵抗诺里斯的DRS攻击，交换位置后便立刻进站，意图通过先进站策略寻找反击机会。

麦克拉伦车队则在第22圈采取了首次进站行动，诺里斯率先进站，随后维斯塔潘以10秒的差距重新从诺里斯手中夺回了第二名。在皮亚斯特里也在下一圈进站后，维斯塔潘一度取得了约5秒的领先优势。

阿尔本的运气则相当糟糕，开赛不久便因前鼻翼受损而耽误了不少时间。接着，他在第26圈与劳森发生碰撞，导致前鼻翼再次受损，并在完成10秒的加罚后最终退赛。

在第30圈时，维斯塔潘进行了第二次换胎，换上了中性胎，这一策略令麦克拉伦车队的两位车手再次回到了领先位置，虽然维斯塔潘可能还需进行第三次进站，但他依然凭借赛道上最快的单圈时间，试图扰乱麦队的战略布局。

随着比赛的进行，各队开始了第二波进站。此时，前两名的皮亚斯特里和诺里斯，以及紧随其后的维斯塔潘，都基本确立了各自的位置。而维斯塔潘在全力进攻后，于第48圈完成了第三次进站，这迫使麦克拉伦在接下来的两圈内连续让诺里斯和皮亚斯特里完成第二次进站。

然而，在领先的三位车手依旧陷入拉锯战时，第55圈安东内利的退赛引发了安全车的出动，这也带来了额外的进站潮。与仍保有一套旧软胎的麦克拉伦相比，红牛车队则因没有多余轮胎，只能让维斯塔潘换上全新的硬胎，准备迎接最后的6圈冲刺。

比赛重新起跑时，皮亚斯特里和诺里斯继续保持领先，而维斯塔潘则明显受到乱流和抓地力不足的影响，迅速被勒克莱尔超越。正当拉塞尔尝试超越维斯塔潘时，维斯塔潘因防守过度越线，导致与拉塞尔发生碰撞。最终，维斯塔潘因这次冲突被判罚10秒。

在比赛的最终阶段，皮亚斯特里凭借2.471秒的优势击败诺里斯，获得了本赛季的第五场胜利，并稳固了积分榜的领先位置。勒克莱尔成功登上了颁奖台，维斯塔潘接受处罚后，积分圈中的其他车手依次是拉塞尔、霍肯伯格、汉密尔顿、哈贾尔、加斯利、阿隆索和维斯塔潘。霍肯伯格的10个积分帮助索伯车队摆脱了垫底，而赛场上最年长、经验最丰富的阿隆索也终于在本赛季收获了首个积分。