За ночь перед гонкой Гран-при России стартовая решётка приобрела окончательный вид. Небольшим утешением для Даниила Квята, который за один уикенд сменил два мотора, пропустил квалификацию и получил запрет на замену шлема, стало то, что он не стартовал последним. В ещё более незавидной ситуации оказался его бывший напарник по Toro Rosso Александр Албон. После аварии механикам пришлось переделывать болид Red Bull с нарушениями правил закрытого парка — наказанием за это является старт с пит-лейна. Квят приблизился к пелотону на несколько метров, заняв 19-е место.
Стратегия на гонку у всех пилотов была однозначная — старт на самых мягких шинах и потом их смена на самые прочные. Однако в Mercedes решили пойти на эксперименты, чтобы попытаться догнать невероятно сильные в последнее время болиды Ferrari. Немецкая конюшня дала Льюису Хэмилтону и Валттери Боттасу, стартующим друг за другом по чётной правой стороне, шины средней жёсткости. На длинной стартовой прямой такая стратегия вряд ли бы дала преимущество над Шарлем Леклером и Себастьяном Феттелем, но в долгосрочной перспективе риск мог быть оправдан.
Чем ещё была интересна стартовая решётка — так это позицией Макса Ферстаппена. Лидер Red Bull заранее знал, что потеряет пять мест из-за замены элементов силовой установки, и в итоге оказался на девятой строчке. С учётом того, что он был лучшим во второй свободной практике, группе середняков было опасно с ним соседствовать.
В результате, когда гонка стартовала, Хэмилтон сразу же пропустил Феттеля, а тот воспользовался слип-стримом, чтобы выйти вперёд и занять первое место вместо Леклера. Неудача постигла и Боттаса, которого обошёл Карлос Сайнс на McLaren. Британская команда с 2021 года вернётся к моторам Mercedes, остановив сотрудничество с Renault, и наверняка снова вступит в борьбу за самые высокие места, но уже в Сочи ей удалось несильно щёлкнуть будущих поставщиков по носу.
В середине пелотона борьба на первых кругах была гораздо более жёсткой. Антонио Джовинацци на Alfa Romeo был главным возмутителем спокойствия. Он пробил колесо Даниэлю Риккардо на Renault и выбил с трассы Ромена Грожана на Haas. Для француза гонка сразу же закончилась, а остальных ждал рестарт после выезда автомобиля безопасности. Даниил Квят воспользовался суматохой и поднялся на 13-е место. Его слова о том, что борьба за очки реальна, оказались пророческими. От заветной первой десятки его отделяли напарник Пьер Гасли, Лэнс Стролл из Racing Point и Кевин Магнуссен на Haas.
После рестарта главная борьба происходила не на трассе, а на радиоволнах Ferrari. Команда пообещала Леклеру, что Феттель его пропустит и вернёт первое место, однако немец не горел желанием уступать более успешному в этом сезоне напарнику. Он требовал, чтобы монегаск подождал и сам подобрался поближе, а без борьбы отдавать лидерство не собирался. Тем более что лучшие круги принадлежали именно Феттелю. Леклер был крайне недоволен, что ему приказали создать слип-стрим для напарника, а он не отплатил тем же. К 14-му кругу он уже отставал на 3,5 секунды.
Боттас тем временем вернул себе четвёртое место в споре с Сайнсом. Хэмилтон же отставал от двух Ferrari, уступая им больше трёх секунд. Впрочем, тактика Mercedes всё-таки начинала работать: во времени на круге британец не уступал лидерам, а его шины были более жизнеспособными. В такой же выигрышной позиции был и Квят: его резина была самой прочной по составу, но при этом со своими конкурентами он ехал одинаково быстро. Некоторое время даже Албон никак не мог подобраться к россиянину на позицию для атаки. У его напарника Ферстаппена дела шли лучше: он поднялся на шестое место и был готов обгонять Сайнса.
В конце концов Албон всё-таки обошёл Квята, но россиянин остался 13-м. Нико Хюлькенберг на Renault первым отправился на пит-стоп и задержался на нём на лишние семь секунд из-за замены колеса. В то же время Ferrari дали Леклеру установку атаковать Феттеля, что было встречено хохотом среди журналистов в пресс-центре — отрыв составлял уже четыре секунды.
На 23-м круге Леклер отправился на пит-стоп, чтобы получить шины средней жёсткости, и вернулся на трассу за Боттасом. Хэмилтону это дарило шанс догнать Ferrari, если бы напарник их сдерживал максимально долго. Леклер на новых шинах установил лучший круг, проехав на секунду быстрее Феттеля.
Серия пит-стопов в середине пелотона позволила Квяту подняться на десятое место, но продвигаться вперёд он мог и своими силами. Россиянин обогнал Гасли и вышел на девятое место. Сразу же хозяина трассы стал догонять Сайнс, но больше никого за Квятом видно не было.
Через три круга после Леклера механиков навестил Феттель, и его возвращение на трассу получилось провальным. Не только из-за того, что он оказался за напарником аж в трёх с половиной секундах. У машины возникли технические проблемы, и немец свернул на обочину, покинув кокпит. Хэмилтон, опережавший на 19 секунд Леклера, заскочил в боксы и получил самые мягкие шины, на которых ему предстояло проехать целых 24 круга.
К счастью для лидера чемпионата мира, тут же в стену врезался Джордж Рассел на Williams, из-за чего виртуальный автомобиль безопасности сменился настоящим, а Хэмилтон получил шанс на паре кругов поберечь резину. К тому же Леклер решил повторно обновить шины и опустился на третье место. Mercedes в полном составе возглавил гонку перед рестартом, но Леклер был готов их атаковать на самых быстрых покрышках.
Квят тоже побывал в боксах дважды, причём второй пит-стоп получился с задержкой. Хотя после первой смены шин он мог претендовать на 11-е место, в итоге ему пришлось пропустить Хюлькенберга и Гасли.
За 20 кругов до финиша автомобиль безопасности покинул трассу. Леклер сразу же попытался атаковать Боттаса, но финский гонщик прикрыл своего напарника, у которого появился шанс выиграть первую гонку после трёх подряд проигранных. У Квята тоже была неудачная попытка обогнать Гасли, причём стюардам даже показалось, что она была совершена с нарушениями правил. Но пока обсуждался вопрос, начинать ли расследование, россиянин всё-таки вышел на 12-е место. Впереди был Стролл, до которого не хватало 2,5 секунды.
Окрылённый таким удачным для себя развитием событий, Хэмилтон трижды установил лучший круг в гонке. Заодно британцу покорился невероятный рекорд по количеству гонок с хотя бы одним кругом лидерства — Гран-при России стал 143-й подобной гонкой, и британец вышел на чистое первое место, опередив Михаэля Шумахера.
За семь кругов до финиша Квят нащупал свой темп и стал ехать быстрее Стролла и Хюлькенберга, однако, чтобы отыграть 3,5 секунды от немца, дистанции могло не хватить. Но неожиданно у россиянина появилась новая цель — занимавший восьмое место Магнуссен срезал дистанцию на втором повороте и был наказан пятисекундным штрафом. Побороться с датчанином хотя бы за 11-е место при старте с 19-го стало реальным. Однако на последних кругах темп Квята упал, и о каких-либо планах речь перестала идти.
Ничего особенного в это время не происходило и в лидерской группе. Хэмилтон доехал до финиша первым, хотя перед гонкой сам считал фаворитами именно пилотов Ferrari. Британец одержал четвёртую победу в Сочи и 82-ю за карьеру — теперь больше трети своих стартов он завершал на первом месте. Благодаря второму месту Боттаса Mercedes оформил первый победный дубль после Гран-при Великобритании. Леклер остался на третьем месте и в гонке, и в общем зачёте, в обоих случаях обыграв Ферстаппена. Квят закончил гонку на 12-м месте.