O grid em Sepang contou com apenas 21 carros, já que a Manor Marussia não conseguiu reparar o problema na bomba de combustível do carro de Will Stevens que o tirou do treino classificatório de sábado. Ele tinha recebido autorização especial da organização da prova para correr.

Os brasileiros começaram de forma agressiva a corrida na Malásia. Felipe Massa, com largada eficiente, ganhou duas posições e completou a primeira volta na quinta colocação. Já Felipe Nasr pulou da 16ª para a 13ª colocação, tentando compensar os problemas da classificação.

O brasiliense, no entanto, acabou tocando o carro do finlandês Kimi Raikkonen e perdeu um pedaço da asa dianteira, o que o obrigou a fazer uma parada nos boxes no terceiro giro para repor a peça. O piloto da Ferrari também acabou prejudicado, já que teve um pneu furado.

Na parte da frente do pelotão, Lewis Hamilton manteve a primeira colocação, apesar da pressão inicial de Sebastian Vettel, que também conseguiu segurar o ímpeto de Nico Rosberg. Já na quarta volta, o sueco Marcus Ericsson, que fazia grande fim de semana, escapou da pista e ficou parado na brita, causando a entrada do carro de segurança.

Quase todos os pilotos aproveitaram a situação para ir aos boxes trocar pneus, mas Vettel permaneceu na pista e herdou a liderança. Massa colocou novo jogo de compostos médios e ganhou posição de Nico Rosberg, que precisou esperar Lewis Hamilton fazer sua parada para só então ser atendido pelos mecânicos da Mercedes. Os dois pilotos da escuderia alemã retornaram à pista com pneus duros.

O brasileiro da Williams, então na oitava colocação, começou a receber fortes ataques de Rosberg já na relargada. Hamilton também ficou preso atrás dos pilotos que não tinham parado nos boxes, enquanto Sebastian Vettel não tinha seu ritmo limitado e ampliava a vantagem.

Na décima volta, Rosberg finalmente conseguiu ultrapassar Felipe Massa para obter a sétima posição. Lewis Hamilton também escalou o pelotão e assumiu a segunda colocação, já com 9s de desvantagem para Vettel e iniciou a caçada ao líder.

Massa conseguiu aproveitar as oportunidades que teve em pista e pulou para a quarta colocação, trazendo Valtteri Bottas atrás. Sebastian Vettel só fez sua primeira parada nos boxes no 17º giro em Sepang, retornando à pista em terceiro, atrás da dupla da Mercedes.

O alemão da Ferrari, com pneus médios, rapidamente tirou sua diferença para Nico Rosberg, que tinha compostos duros em sua Mercedes e tetava estratégia de duas paradas. Na 21ª volta, ultrapassou o compatriota e retomou a segunda posição.

O constante ritmo de Vettel o aproximou de Lewis Hamilton e ele tomou a liderança no 25º giro, quando o britânico foi para sua segunda parada para troca de pneus e optou por compostos médios. Massa seguiu o piloto da Mercedes e também foi aos boxes, colocando outro jogo de pneus médios.

Rosberg adotou estratégia diferente da de seu companheiro de equipe. Ele parou na 27ª volta, mas colocou os compostos duros em seu carro. Na segunda metade de prova, Hamilton apertou o ritmo tentando diminuir a diferença para Vettel, projetando já uma briga entre os dois nas voltas finais de prova.

O alemão da Ferrari foi aos boxes pela última vez na 38ª volta e colocou os pneus duros, menos aderentes, porém mais duradouros. Pelo regulamento, os pilotos são obrigados a usar os dois compostos durante a prova. No giro seguinte, foi a vez do britânico fazer seu pit-stop final, mas a Mercedes colocou novos jogos de pneus duros, o que desagradou Hamilton, que queria os médios.

O rendimento de seu carro melhorou, mas não o suficiente para ameaçar a liderança de Vettel. A briga dos giros finais de prova foi a do quinto lugar entre os pilotos da Williams. Massa perdeu aproximadamente 2s com um erro da equipe em sua última parada e viu Bottas se aproximar.

Eles chegaram a se tocar lateralmente na abertura da penúltima volta, mas o finlandês conseguiu a ultrapassagem logo na sequência. Na primeira colocação e sem oscilações no ritmo, o piloto alemão conduziu com segurança até garantir sua primeira vitória com a Ferrari.