Tras lo visto en los entrenamientos clasificatorios, una victoria de Lewis Hamilton parecía prácticamente una certeza salvo situaciones imprevistas a lo largo de la carrera. Y como dice Murray Walker, en la Fórmula 1 puede pasar de todo y de hecho, suele suceder. La presencia de un Virtual Safety Car cambió el desarrollo de la prueba y permitió que Sebastian Vettel tomara la delantera tras una impecable jugada estratégica por parte de Ferrari, llevándose el alemán la primera victoria del año con Hamilton y Räikkönen a su lado en el podio.
La salida fue sorprendentemente limpia, con Hamilton manteniendo la cabeza de carrera por delante de los dos pilotos de Ferrari y un Kevin Magnussen que fue una de las sorpresas del fin de semana, con ritmo suficiente para pelear por el cuarto puesto. En cabeza, Räikkönen intentó atacar al líder de la carrera pero la defensa del actual campeón fue impecable. También tuvieron algo de protagonismo los pilotos españoles, con un bonito paralelo entre Alonso y Sainz que se resolvía con el madrileño por delante.
La carrera entró en un primer momento de estabilidad, interrumpida solo por los abandonos de Sergey Sirotkin por problemas de frenos y Marcus Ericsson por un fallo en la dirección asistida. Mientras tanto, Max Verstappen buscaba adelantar a Magnussen, poniéndose nervioso con el paso de las vueltas. Al final, ocurrió lo inevitable con un trompo en la primera curva que le hacía caer hasta la octava posición. Paralelamente, Pierre Gasly tenía que retirarse con problemas mecánicos.
Las paradas quedaron inauguradas con un Räikkönen que pasaba por boxes para cambiar neumáticos algo más pronto de lo esperado, forzando que Hamilton reaccionara. El piloto de Mercedes estaba obligado a realizar su cambio de neumáticos en la vuelta siguiente para mantener la primera posición. Mientras tanto, Ferrari dejaba a Vettel en pista, a sabiendas de que la ventaja era suficiente para mantener el tercer puesto y apostando a que saliera un coche de seguridad real o virtual, había poco que perder y mucho que ganar.
Eso fue exactamente lo que ocurrió, tras el abandono del Haas de Romain Grosjean, que quedó parado en la salida de la segunda curva. Los dos coches del equipo norteamericano sufrieron el mismo problema, con una tuerca mal fijada tras sus respectivas paradas a boxes. El Virtual Safety Car reducía el ritmo de todos los pilotos y en Ferrari aprovecharon para hacer parar a Vettel, que volvió a pista en cabeza de carrera. Después del subsecuente coche de seguridad, lo que tuvo que hacer el alemán fue defender el primer puesto.
En el grupo perseguidor, Alonso daba cuenta de Sainz tras salirse de pista el último. El de Renault sufrió con el sistema de bebida de agua, que mandaba demasiado líquido, forzándole a beber demasiado, lo que le acabó causando náuseas alrededor del ecuador de la carrera. Por su parte, Alonso también paraba durante el VSC y lograba salir una décima por delante de Verstappen en la línea de coche de seguridad. Una décima crucial que obligaría al de Red Bull a devolverle la posición que inicialmente tomaba.
Con los abandonos de Haas y los problemas de Verstappen hoy y Bottas ayer, Alonso se situaba quinto. Por delante, peleas por la primera posición entre Vettel y Hamilton y por la tercera entre Räikkönen y Ricciardo. La lucha por la victoria se vio marcada por un error de un Hamilton nervioso que realizaba una excursión por el césped y por una caída de rendimiento en los últimos giros que acabó de sentenciar el resultado.
De esta forma, la victoria fue para Sebastian Vettel, logrando su cuadragésimo octavo triunfo en la categoría reina. Lewis Hamilton y Kimi Räikkönen completaron el podio, mientras Fernando Alonso logró defender con éxito un excelente quinto puesto. Carlos Sainz tuvo que conformarse con la décima posición, puntuando de nuevo en Australia, como manda la ‘tradición’.
| Pos. | Piloto | Equipo | Tiempo | Dif. | Box. | Pts. |
| 1 | Sebastian Vettel | Ferrari | – | 1 | 25 | |
| 2 | Lewis Hamilton | Mercedes AMG | 5.036 | 5.036 | 1 | 18 |
| 3 | Kimi Raikkonen | Ferrari | 6.309 | 1.273 | 1 | 15 |
| 4 | Daniel Ricciardo | Red Bull | 7.069 | 0.760 | 1 | 12 |
| 5 | Fernando Alonso | McLaren | 27.886 | 20.817 | 1 | 10 |
| 6 | Max Verstappen | Red Bull | 28.945 | 1.059 | 1 | 8 |
| 7 | Nico Hulkenberg | Renault Sport F1 | 32.671 | 3.726 | 1 | 6 |
| 8 | Valtteri Bottas | Williams | 34.339 | 1.668 | 1 | 4 |
| 9 | Stoffel Vandoorne | McLaren | 34.921 | 0.582 | 1 | 2 |
| 10 | Carlos Sainz | Renault Sport F1 | 45.722 | 10.801 | 1 | 1 |
| 11 | Sergio Pérez | Force India | 46.817 | 1.095 | 1 | |
| 12 | Esteban Ocon | Force India | 1:0.278 | 13.461 | 1 | |
| 13 | Charles Leclerc | Alfa Romeo sauber | 1:15.759 | 15.481 | 2 | |
| 14 | Lance Stroll | Williams F1 | 1:18.288 | 2.529 | 2 | |
| 15 | Brendon Hartley | Toro Rosso | 1 Vuelta | – | 2 | |
| 16 | Romain Grosjean | HAAS F1 | Retirada (25) | – | – | |
| 17 | Kevin Magnussen | HAAS F1 | Retirada (24) | – | – | |
| 18 | Pierre Gasly | Toro Rosso | Retirada (15) | – | – | |
| 19 | Marcus Ericsson | Alfa Romeo sauber | Retirada (8) | – | – | |
| 20 | Sergey Sirotkin | Williams F1 | Retirada (7) | – | – |