Rossi, Stoner y Lorenzo habían llegado empatados Assen, y con este triunfo, el transalpino, ocho veces campeón del mundo a sus 30 años, se convierte en el segundo piloto de la historia del mundial con más títulos tras su compatriota Giacomo Agostini, que tiene 122. A Rossi todo le salió perfecto en el circuito del norte de Holanda y tuvo la suerte de ganar su gran premio centenario en la más histórica de las pistas del Mundial, la única en la que la carrera nacional se ha disputado siempre en el mismo recinto desde la fundación del campeonato.
Por el contario, la suerte dio la espalda a los dos pilotos del equipo oficial Honda, el español Dani Pedrosa y el italiano Andrea Dovizioso, se cayeron en la primera mitad de la carrera. En la salida, Pedrosa fue el más rápido seguido de Rossi, Stoner, el australiano Chris Vermeulen (Suzuki), el estadounidense Colin Edwards (Yamaha) y Lorenzo. En el primer paso por meta, Stoner ya era primero y también Rossi había superado a Pedrosa, mientras que Lorenzo era quinto tras Vermeulen.
Poco le duró Stoner a Rossi. Al comienzo de la segunda vuelta, el italiano ya era primero y Pedrosa cuarto. Lorenzo hizo entonces la vuelta rápida de carrera en su empeño en llegar a la estela de los tres primeros. El grupo de cuatro se distanció y en la cuarta vuelta, Lorenzo dio buena cuenta de Pedrosa, una antes de que éste se fuera al suelo. En ese mismo giro, el español de Yamaha rebasaba al australiano de Ducati y ya era segundo persiguiendo a su compañero de equipo. Con dos segundos de ventaja a favor de Rossi, Lorenzo trató de dar caza al italiano pero reducía diferencias muy poco a poco.
Rossi volvió a tener dos segundos de margen y la carrera apenas quedó limitada a la pelea por el sexto puesto que finalmente se llevó el británico James Toseland (Yamaha) por detrás de Edwards y Vermeulen. El español Toni Elías (Honda) fue octavo, un puesto con el que logró su mejor resultado de esta temporada, mientras que su compatriota Sete Gibernau (Ducati) fue decimotercero. Con su victoria centenaria, el campeón italiano deshace el empate a 106 puntos que mantenía con el español y el australiano. Ahora es primero con 131 puntos por 126 de Lorenzo y 122 de Stoner. Pedrosa es quinto con 67 puntos empatado con Edwards y Dovizioso cuarto, con 69
Hiroshi Aoyama (Honda) es el nuevo líder del Mundial de 250cc después de que Álvaro Bautista (Aprilia), se chocase con el japonés en la última vuelta y tuviera que abandonar, propiciando el segundo puesto de Héctor Barberá (Aprilia) y la subida al podio de Marco Simoncelli (Gilera). La carrera comenzó con las buenas salidas de Barberá, que lo hacía desde la pole , y de Bautista, así como de Espargaró (Aprilia), que, en su regreso, se puso segundo e hizo una gran carrera en la que acabó cuarto.
Simoncelli recortaba tiempo en cada vuelta, con Bautista y Barberá intentándose echar encima, aunque se encontraron con Aoyama, que tras sus problemas iniciales, cuando se quedó en la salida, fue remontando para ponerse cuarto gracias a sus vueltas rápidas hasta colocarse tercero en la decimotercera vuelta. Bautista fue mejorando sus tiempos para luchar por el primer puesto con Simoncelli, que se vio superado por el español y por Aoyama.
A partir de aquí, la carrera se convirtió en una lucha por el primer puesto entre el japonés y el de Talavera de la Reina. Todo dio un giro en un trepidante final de carrera, cuando se esperaba una lucha en la última vuelta entre Aoyama y Bautista por el primer puesto: el español se 'comió' la moto del japonés, con lo que dijo adiós al liderato. Tras Aoyama entraron Barberá, Simoncelli, Espargaró, el italiano Roberto Locatelli (Gilera), Debón, el checo Karel Abraham (Aprilia) y el español Héctor Faubel (Honda), octavo.
El japonés lidera el campeonato con 121 puntos por 108 de Bautista, 95 de Barberá, 77 de Simoncelli, 64 de Pasini, y 52 de Luthi. Faubel es octavo con 49 puntos y Debón décimo con 43, mientras que Espargaró suma sus primeros 13 puntos para ser decimoctavo.
Primera victoria para Gadea
En 125 cc, Sergio Gadea (Aprilia) consiguió su primera victoria de la temporada después de salir desde la novena plaza. En una carrera, con polémica, los pilotos españoles se quedaron sin conseguir el triplete en el podio después de que Nico Terol (Aprilia) fuera sancionado con veinte segundos, lo que hizo posible que Julián Simón (Aprilia) se aupase a la segunda plaza y Bradley Smith (Aprilia) al podio. Gadea, Terol y Simón pelearon sin más rivales por los puestos del podio durante gran parte de la carrera para conseguir el tercer triplete español de la historia.
Sin embargo, un incidente entre los dos últimos evitó el pleno español en el podio: en la última vuelta, Terol, que había liderado la carrera durante 20 de sus 22 vueltas, se salió por la 'chicane', arrastrando en su error a Julián Simón, tras lo que ambos pilotos se pudieron reincorporar a la pista inmediatamente. Tras esto, aunque Terol cruzó segundo la meta, y Simón tercero sin mayores problemas, la Dirección de Carrera advirtió una irregularidad, ya que usó un camino para volver al circuito que no se podía utilizar, por lo que los veinte segundos de penalización le sacan del podio, ponen segundo a Simón y meten a Bradley Smith, que hubiera sido cuarto..
Andrea Iannone fue cuarto, mientras que Cortese, que salía desde la pole, sufrió una caída a 18 vueltas para el final que le hizo abandonar. Por su parte, Marc Márquez (KTM) tuvo problemas durante gran parte de la carrera, poniéndose en los últimos puestos de los puntos, aunque en la recta final cogió al grupo y adelantó a Joan Olivé (Derbi) para meterse en la lucha por la sexta plaza, en la que se encontraba también Pol Espargaró (Derbi), quien finalmente fue noveno, por delante de Márquez y Olivé. Tras la sanción a Terol, el Mundial queda con Simón más líder y, a la postre, beneficiado por la penalización, con 104, seguido por Smith, segundo con 98,5; Iannone, tercero con 84,5; y Gadea, cuarto con 84. Terol pierde nueve puntos y sigue siendo quinto del campeonato con 68,5.