De race begon bijna een uur later dan gepland en was ingekort van twintig naar dertien ronden vanwege de vertraging die was ontstaan door een oliespoor in de Moto3-opwarmsessie.

De hemelsluizen stonden om 11.55 uur lokale tijd wijd open boven de Twin Ring, maar dat deerde Fenati niet. Vanaf de zesde vertrekplaats schoot hij bij de start naar de derde plek, achter pole-positionhouder Nicolo Bulega (KTM) en Niccolo Antonelli (KTM). Nadat Antonelli in de openingsronde Bulega had verschalkt, werd de teamgenoot van Bendsneyder op zijn beurt in de derde ronde ingehaald door Fenati.

Aan kop had Fenati al gauw een voorsprong van ruim een seconde te pakken. Hij liep gaandeweg steeds verder weg van Antonelli, die bezoek kreeg van Marco Bezzecchi (Mahindra).

Ook Bendsneyder kende een goede start. Hij stelde zich als elfde op voor de race en lag na de eerste doorkomst negende. Hij ging vervolgens de strijd aan met onder meer Fabio di Giannantonio (Honda), Jakub Kornfeil (Peugeot) en Nakarin Atiratphuvapat (Honda) voor een top-tienklassering.

Fenati werd na het overnemen van de leiding geen moment bedreigd. De 21-jarige Italiaan, die ook met veel machtsvertoon de natte wedstrijd op San Marino had gewonnen, arriveerde vier seconden eerder dan Antonelli bij de eindstreep. Daar tekende hij voor zijn tiende zege in de Moto3, een record in de lichtste Grand Prix-klasse.

Voor Antonelli betekende de tweede plek een flinke opsteker in een dramatisch seizoen waarin hij slechts drie keer punten had gescoord. Zijn vorige podiumklassering was bij de Grand Prix van Qatar vorig jaar. Hij finishte op Motegi negen tienden voor Bezzecchi. De CIP-coureur mocht voor het eerst een bokaal ophalen. Hij had tot aan Motegi slechts vier punten gescoord.

Tatsuki Suzuki (Honda) werd vierde, gevolgd door Aron Canet (Honda) en Philipp Oettl (KTM). Di Giannantonio won de strijd voor P7. Hij was net wat eerder binnen dan Kornfeil en Bendsneyder, die de negende plaats voor zich opeiste. John McPhee (Honda) was de laatste man in de top-tien.

Mir met lege handen

Pole-positionhouder Bulega kwam in de eerste ronde even buiten de baan en viel ver terug. De SKY Racing-rijder moest het uiteindelijk doen met de elfde plaats.

Achter Jorge Martin (Honda) en Enea Bastianini (Honda) werd WK-leider Mir slechts zeventiende. De Spanjaard kon in Japan de titel pakken, onder andere door te winnen of tweede te worden. In de kwalificatie bleef hij echter steken op de veertiende plaats. Daar kwam nog een gridstraf van zes plaatsen, vanwege gevaarlijk rijgedrag in de Grand Prix van Aragon, bovenop. Vanaf de twintigste startplek kon een voorzichtig rijdende Mir uiteindelijk weinig klaar spelen.

Leopard Racing-teamgenoot Livio Loi (Honda) bleef ook met lege handen: negentiende.

Zes rijders haalden de haven niet. Lorenzo Dalla Porta (Mahindra) gaf op met technische problemen en er waren crashes voor Manuel Pagliani (Mahindra), Adam Norrodin (Honda), Ayumu Sasaki (Honda) en RBA-coureurs (KTM) Juanfran Guevara en Gabriel Rodrigo. Guevara maakte enkele ronden voor zijn val al een spannend moment mee; hij werd langzaam rijdend aangereden door Andrea Migno (KTM). De piloten bleven wonderwel overeind.

WK-stand

Ondanks de volle buit voor Fenati en zijn nulscore geniet Mir nog steeds een grote voorsprong in het kampioenschap. Hij staat met nog drie races (maximaal 75 punten te verdienen) te gaan op 271 punten, Fenati heeft er 216. Canet is derde met 184 punten. Bendsneyder en Loi bezetten respectievelijk de veertiende en vijftiende plek met 55 en 47 punten.

Uitslag Race, Moto3:

	Rijder	Motor	Tijd	Verschil
1	Romano Fenati	Honda	29'22.278
2	Niccolò Antonelli	KTM	29'26.424	4.146
3	Marco Bezzecchi	Mahindra	29'27.291	5.013
4	Tatsuki Suzuki	Honda	29'31.045	8.767
5	Aron Canet	Honda	29'35.105	12.827
6	Philipp Oettl	KTM	29'37.143	14.865
7	Fabio Giannantonio	Honda	29'37.760	15.482
8	Jakub Kornfeil	Peugeot	29'37.903	15.625
9	Bo Bendsneyder	KTM	29'38.225	15.947
10	John McPhee	Honda	29'38.494	16.216
11	Nakarin Atiratphuvapat	Honda	29'38.692	16.414
12	Nicolo Bulega	KTM	29'41.061	18.783
13	Andrea Migno	KTM	29'41.335	19.057
14	Marcos Ramírez	KTM	29'41.814	19.536
15	Jorge Martin	Honda	29'43.486	21.208
16	Enea Bastianini	Honda	29'45.009	22.731
17	Joan Mir	Honda	29'46.157	23.879
18	Jules Danilo	Honda	29'46.213	23.935
19	Livio Loi	Honda	29'55.941	33.663
20	Darryn Binder	KTM	29'56.973	34.695
21	Kaito Toba	Honda	30'01.811	39.533
22	Patrik Pulkkinen	Peugeot	30'10.751	48.473
23	Tony Arbolino	Honda	30'53.115	1'30.837
24	Tom Toparis	KTM	31'40.858	2'18.580
	Juanfran Guevara	KTM	25'08.546	13 ronden
	Gabriel Rodrigo	KTM	20'33.589	13 ronden
	Ayumu Sasaki	Honda	20'33.805	13 ronden
	Adam Norrodin	Honda	13'42.950	13 ronden
	Manuel Pagliani	Mahindra	2'27.045	13 ronden
	Lorenzo Porta	Mahindra