4月17日，2011赛季F1上海站进行了正赛的激烈角逐。迈凯轮车队的汉密尔顿凭借三停战术带来的轮胎优势，成功击败红牛车手维特尔，赢得了比赛冠军。杆位发车的维特尔获得亚军，第18位发车的红牛车手韦伯一路猛超，最终获得季军。

比赛开始前20分钟，汉密尔顿的赛车在检测圈中出现了漏油问题，迈凯轮车队立即展开抢修，并赶在维修通道关闭前让其返回赛道。汉密尔顿的赛车在暖胎圈前完成了最后的组装，比赛随即正式开始。

排位前十的车手全部采用软胎起步，维特尔的发车非常糟糕，他原想利用切线起步阻挡同样头排发车的巴顿，但却被两辆迈凯轮赛车接连超越，落到第3。罗斯伯格紧随其后，马萨超越队友阿隆索升至第5，而第14位发车的舒马赫同样表现出色，在第1圈成功升至第9位。

第9圈，韦伯的硬胎遇到了抓地力问题，被佩雷兹和巴里切罗接连超越。第10圈，阿古尔苏阿里首先进站换胎，但出站后不久他的赛车却发生了轮胎脱落，不得不退出比赛。接着，舒马赫和韦伯都换上软胎，罗斯伯格也在第12圈完成了首次停站。

第14圈，汉密尔顿的轮胎衰竭严重，被维特尔利用可调尾翼超越。紧接着巴顿发生低级失误，进站换胎时停到了红牛的维修区，因此失去了领先位置。随后，马萨也超越了汉密尔顿，罗斯伯格依靠提前进站的优势升至首位，队友舒马赫暂列第6，阿隆索紧随其后，韦伯上升到第11，但他的KERS系统仍然不能使用。

第26圈，采用三次停战策略的梅赛德斯和迈凯轮先后完成了第二次换胎，红牛车队中，韦伯采用三停而维特尔采用两停。同样采用两停的阿隆索则遇到了麻烦，接连被对手超越跌至第6位。第36圈，两位迈凯轮车手展开了激烈较量，汉密尔顿成功超越巴顿升至第2。

第42圈，采用两停和三停的大部分车手都完成了最后一次进站。比赛进入最后10圈，维特尔仍然领先，后面的汉密尔顿仅落后1.6秒，马萨排在第3的位置，但他仅领先巴顿0.3秒。第52圈，汉密尔顿终于利用内线超越了维特尔升到首位。最后1圈，韦伯成功超越巴顿赢得第3。

最终，汉密尔顿获得了2011赛季F1中国站的冠军，维特尔屈居第2，韦伯从第18位起步经过连续超车获得第3。排名第4至第10的车手分别是：巴顿、罗斯伯格、马萨、阿隆索、舒马赫、佩特罗夫和小林可梦伟。