Le strategie sembravano ad un certo punto aver avvantaggiato Rosberg e anche Massa, ma alla fine i due arrivano solo 5° e 6° davanti ad Alonso che precede Schumacher sul traguardo. Anche per la Ferrari due sole soste, che hanno causato una gara in difesa nell'ultima parte di GP.
Con Hamilton schierato all'ultimo secondo (addirittura senza cofano motore e meccanici al lavoro sulla griglia) per problemi al motore - evidentemente poi risolti - la gara non inizia bene per Vettel, che al via scatta male e si fa superare non solo dalle McLaren, ma quasi anche da Rosberg, alle cui spalle si mette Massa davanti ad Alonso. Button conduce per i primi giri, mentre alle sue spalle c'è qualche duello diretto nei gruppetti per la settima e per l'undicesima posizione. La prima piccola emozione è però per Alguersuari, che è il primo a fermarsi per il cambio gomme ma anche il primo (e l'unico) a ritirarsi perché perde la sua ruota posteriore destra che non è stata fissata correttamente.
Fra i primi ad effetuare il pit-stop ci sono pure le Mercedes: una buona scelta, perché quando tutti hanno effettuato la prima sosta è proprio Rosberg a trovarsi in testa, davanti a Vettel, Button, Massa e Hamilton. In questa fase Alonso viene invece un po' attardato dal traffico e si ritrova settimo dietro a Schumacher, con cui lotta. Curiosa invece la scena del pit-stop di Button, che distratto nel guardare la strumentazione si va a fermare quasi al box Red Bull: nulla di grave, ma una piccola perdita di tempo che consente a Vettel di rientrare prima di lui in pista.
Quando Rosberg e Button si fermano per il secondo cambio gomme, sembra arrivato il momento di Massa che si avvicina a Vettel. E quando il tedesco di ferma, il brasiliano rimane per un po' al comando, finchè alla fine del 33° giro rientra e monta le gomme dure, come aveva fatto Alonso il giro prima: da questo momento i due ferraristi andranno direttamente fino alla bandiera a scacchi. A questo punto è di nuovo Rosberg in testa, davanti a Button e Hamilton che lottano con decisione fra loro finché Lewis supera Jenson.
Rosberg torna ai box per il suo terzo pit-stop, rientrando dietro a Vettel e Massa, nonché davanti a Hamilton, che lo supera approfittando anche di un'interferenza di Maldonado. Intanto, un passo alla volta ma anche un giro veloce dopo l'altro, nonostante manchi il Kers, Webber risale posizione su posizione, arrivando a superare anche Alonso per la sesta posizione. Ma a questo punto le Ferrari stanno già correndo in difesa con le gomme allo stremo, tanto che anche Massa deve cedere a prima a Hamilton per la seconda piazza, poi a Rosberg (che però con un lungo perde un paio di posizioni) e a Button.
A cinque giri dalla fine la classifica vede Vettel in testa, seguito da Hamilton che lo sta raggiungendo, quindi Button, Rosberg, Massa, Webber, Alonso, Schumacher, Di Resta e Kobayashi. Al vertice è lotta aperta fra Vettel e Hamilton, che ci mette un paio di giri ma poi passa al comando. Dietro intanto Webber riesce a superare Rosberg ma anche a raggiungere Button, che scavalca al penultimo giro per l'ultima posizione sul podio.
La vittoria di Hamilton su Vettel lo porta al secondo posto nel mondiale davanti al compagno di squadra Button e dietro al tedesco.
GP Cina - classifica finale Pos N. Pilota Team Giri Distacco 1 3 Lewis Hamilton McLaren-Mercedes 56 - 2 1 Sebastian Vettel RBR-Renault 56 a 5"1 3 2 Mark Webber RBR-Renault 56 a 7"5 4 4 Jenson Button McLaren-Mercedes 56 a 10"0 5 8 Nico Rosberg Mercedes 56 a 13"4 6 6 Felipe Massa Ferrari 56 a 15"8 7 5 Fernando Alonso Ferrari 56 a 30"6 8 7 Michael Schumacher Mercedes 56 a 31"0 9 10 Vitaly Petrov Renault 56 a 57"4 10 16 Kamui Kobayashi Sauber-Ferrari 56 a 63"2 11 15 Paul di Resta Force India-Mercedes 56 a 68"7 12 9 Nick Heidfeld Renault 56 a 72"7 13 11 Rubens Barrichello Williams-Cosworth 56 a 90"1 14 18 Sebastien Buemi STR-Ferrari 56 a 90"6 15 14 Adrian Sutil Force India-Mercedes 55 a 1 giro 16 20 Heikki Kovalainen Lotus-Renault 55 a 1 giro 17 17 Sergio Perez Sauber-Ferrari 55 a 1 giro 18 12 Pastor Maldonado Williams-Cosworth 55 a 1 giro 19 21 Jarno Trulli Lotus-Renault 55 a 1 giro 20 25 Jerome d'Ambrosio Virgin-Cosworth 54 a 2 giri 21 24 Timo Glock Virgin-Cosworth 54 a 2 giri 22 23 Vitantonio Liuzzi HRT-Cosworth 54 a 2 giri 23 22 Narain Karthikeyan HRT-Cosworth 54 a 2 giri rit19 Jaime Alguersuari STR-Ferrari 9 Classifica mondiale piloti Pos Pilota Team Pt1 Sebastian Vettel RBR-Renault 682 Lewis Hamilton McLaren-Mercedes 473 Jenson Button McLaren-Mercedes 384 Mark Webber RBR-Renault 375 Fernando Alonso Ferrari 266 Felipe Massa Ferrari 247 Vitaly Petrov Renault 178 Nick Heidfeld Renault 159 Nico Rosberg Mercedes 1010 Kamui Kobayashi Sauber-Ferrari 711 Michael Schumacher Mercedes 612 Sebastien Buemi STR-Ferrari 413 Adrian Sutil Force India-Mercedes 214 Paul di Resta Force India-Mercedes 2Classifica mondiale costruttori Pos Team Pt1 RBR-Renault 1052 McLaren-Mercedes 853 Ferrari 504 Renault 325 Mercedes 166 Sauber-Ferrari 77 STR-Ferrari 48 Force India-Mercedes 4