Per contrastare le due McLaren, il team Ferrari ha avuto bisogno di una strategia aggressiva: completare la gara con un solo cambio gomme, passando dalle medie alle hard. Questa tattica ha premiato Charles Leclerc, come era successo a fine luglio a Spa con George Russell, successivamente squalificato per sottopeso della sua Mercedes. Dopo che la McLaren ha richiamato Oscar Piastri ai box per il secondo pit-stop, dando il comando a Leclerc e Carlos Sainz, lo spagnolo si è trovato a circa dieci secondi dal compagno di squadra.
A questo punto, la Ferrari ha deciso di tentare di mantenere la testa della gara evitando un secondo pit-stop. Entrambi i piloti hanno dato il loro consenso, ma Sainz era più vulnerabile alla rimonta delle McLaren, venendo infatti superato prima da Piastri e poi da Norris. Leclerc, pur essendo più lento di un secondo al giro rispetto a Piastri, aveva un vantaggio di 12 secondi a 8-9 giri dalla fine. Grazie a una condotta di gara impeccabile, Leclerc è riuscito a conservare la leadership, terminando la corsa con pneumatici usurati da 38 giri (34 per Sainz), mentre Piastri si è avvicinato fino a 2,6 secondi.
Questa è stata la seconda vittoria stagionale per Leclerc dopo il successo a Monte Carlo, e il terzo trionfo per la Ferrari, che ha vinto anche in Australia con Sainz. Dopo una fase di difficoltà seguita al GP di Monaco, a Monza la SF24 è tornata competitiva grazie a miglioramenti aerodinamici e a nuovi motori, mantenendo il ritmo delle McLaren motorizzate Mercedes.
All'inizio della gara, George Russell ha involontariamente favorito Leclerc. Partito terzo, l'inglese è andato lungo alla prima curva, danneggiando leggermente l'ala anteriore e urtando Piastri, uscendo di fatto dalla lotta per il podio. Poco dopo, alla Roggia, Piastri ha compiuto un sorpasso aggressivo su Norris, sfiorando il contatto. Leclerc ne ha approfittato, passando Norris e trovandosi così in seconda posizione in meno di un giro, pronto a mettere pressione su Piastri.
Sorprende che la McLaren non abbia impartito ordini di squadra, considerando che Norris è ancora in corsa per il titolo mondiale, e Monza rappresentava una grande occasione a causa delle difficoltà della Red Bull, con Max Verstappen settimo alla partenza e solo sesto al traguardo. Questa scelta potrebbe indicare una maggiore attenzione di McLaren alla classifica costruttori piuttosto che a quella piloti. Norris ha dichiarato di non aspettarsi l'attacco di Piastri, affermando che avrebbe frenato più tardi se ne fosse stato al corrente.
Sainz, invece, nel finale non ha potuto mantenere il passo di Leclerc, cedendo alle McLaren e concludendo al quarto posto. Lewis Hamilton ha chiuso quinto con la Mercedes, incapace di avvicinarsi a Sainz per tutta la gara. Verstappen ha concluso sesto, continuando la serie negativa della Red Bull che non vince da sei Gran Premi. Anche un pit-stop non perfetto ha influito sulla prestazione dell'olandese, visibilmente irritato. Russell ha terminato in settima posizione, mentre Sergio Perez ha chiuso ottavo, staccato di 16 secondi dal compagno di squadra.
Alexander Albon ha ottenuto due punti importanti per la Williams-Mercedes, lottando fino all'ultimo metro con la Haas-Ferrari di Kevin Magnussen, che ha ricevuto una penalità per un contatto con Pierre Gasly, costandogli il nono posto. Anche Nico Hulkenberg è stato penalizzato per aver urtato Yuki Tsunoda, costretto al ritiro. Il tedesco era stato già rallentato da un contatto con Daniel Ricciardo al primo giro, che gli è valso una penalità, finendo 13°.
La Aston Martin-Mercedes è rimasta fuori dai punti: Fernando Alonso ha terminato 11°, in volata con Albon e Magnussen, mentre Lance Stroll ha chiuso 19° a un giro di ritardo. Da segnalare il debutto promettente di Franco Colapinto, che ha concluso 12°, a 14 secondi da Albon, nonostante un piccolo errore in qualifica. Gara anonima per le Alpine-Renault di Esteban Ocon e Pierre Gasly, rispettivamente 14° e 15°. Niente da fare anche per le Sauber-Ferrari, che hanno visto il debutto dell'ex team principal Ferrari, Mattia Binotto, ora impegnato nel progetto Audi.
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