Valentino Rossi ha logrado una victoria importante y necesitada. Es el tercer triunfo del año por «Il Doctore» que ha derrotado a Marc Márquez en una lucha tú a tú en toda la carrera. Jorge Lorenzo acaba tercero y se sitúa a 10 puntos de su compañero en Yamaha.
Rossi hacía una muy buena salida conteniendo los ataques de Aleix Espargaró que era superado unas curvas después por Marc Márquez, detrás del piloto de Cervera se ubicaba Jorge Lorenzo. Antes de completar la primera vuelta, Jack Miller sufría un importante accidente en la chicane final con Nick Hayden.
Mientras la carrera se iba agrupando. Rossi y Márquez rodaban juntos para luchar por la victoria, los dos pilotos que salían desde la primera fila tenían más ritmo que Lorenzo que no les podía seguir, lo que le dejaba en tercera posición hasta el final de carrera. Detrás de ellos, Iannone rodaba en un sólido y no atacado cuarto lugar mientras que la lucha por el quinto puesto incluía pilotos como los dos Espargaró, Crutchlow, Dovizioso, Smith y Pedrosa.
En una carrera al sprint prácticamente, con unos ritmos brutales de Rossi y Márquez, el catalán conseguía superarlo por primera vez a falta de 7 vueltas para el final, el italiano le devolvía la jugada 5 vueltas más tarde, haciendo enloquecer a los aficionados en las gradas.
En la última vuelta, Márquez no se rendía e intentaba superarlo en la última chicane, ambos pilotos se tocaban, Rossi se salía de pista cortando la chicane tras meterse el piloto de Honda, consiguiendo así la novena victoria del «The Doctor» en Assen.
Resultados:
| Pos | Rider | Team | Time | |
| 1 | 46 Valentino ROSSI | ITA | Movistar Yamaha MotoGP | 40’54.037 |
| 2 | 93 Marc MARQUEZ | SPA | Repsol Honda Team | 1,242 |
| 3 | 99 Jorge LORENZO | SPA | Movistar Yamaha MotoGP | 14,576 |
| 4 | 29 Andrea IANNONE | ITA | Ducati Team | 19,109 |
| 5 | 44 Pol ESPARGARO | SPA | Monster Yamaha Tech 3 | 24,268 |
| 6 | 35 Cal CRUTCHLOW | GBR | CWM LCR Honda | 24,373 |
| 7 | 38 Bradley SMITH | GBR | Monster Yamaha Tech 3 | 24,442 |
| 8 | 26 Dani PEDROSA | SPA | Repsol Honda Team | 24,656 |
| 9 | 41 Aleix ESPARGARO | SPA | Team SUZUKI ECSTAR | 26,725 |
| 10 | 25 Maverick VIÑALES | SPA | Team SUZUKI ECSTAR | 27,238 |
| 11 | 9 Danilo PETRUCCI | ITA | Octo Pramac Racing | 29,038 |
| 12 | 4 Andrea DOVIZIOSO | ITA | Ducati Team | 29,418 |
| 13 | 45 Scott REDDING | GBR | EG 0,0 Marc VDS | 46,663 |
| 14 | 68 Yonny HERNANDEZ | COL | Octo Pramac Racing | 49,305 |
| 15 | 76 Loris BAZ | FRA | Athinà Forward Racing | 52,396 |
| 16 | 69 Nicky HAYDEN | USA | Aspar MotoGP Team | 56,005 |
| 17 | 19 Alvaro BAUTISTA | SPA | Aprilia Racing Team Gresini | 59,857 |
| 18 | 63 Mike DI MEGLIO | FRA | Avintia Racing | 1’14.513 |
| 19 | 33 Marco MELANDRI | ITA | Aprilia Racing Team Gresini | 1 lap |
| 15 Alex DE ANGELIS | SMA | E-Motion IodaRacing Team | 3 laps | |
| 50 Eugene LAVERTY | GER | Aspar MotoGP Team | 11 laps | |
| 6 Stefan BRADL | GER | Athinà Forward Racing | 21 laps | |
| 8 Hector BARBERA | SPA | Avintia Racing | ||
| 43 Jack MILLER | AUS | CWM LCR Honda |