C'est sur le circuit d'Indianapolis que les pilotes de Moto3 se retrouvent après la trêve estivale.
L'Australien Miller en pole position prend le meilleur départ, il emmène Vazquez et Marquez. Plus loin dans le peloton, McPhee chute, obligeant Alexis Masbou à passer par l'herbe. Miller tente de se construire une marge dès les premiers tours, alors que Marquez et Vazquez se battent pour la seconde place. Ce combat profite à Fenati qui passe les deux Espagnols et prend la deuxième position.
Après trois tours, Miller voit ses poursuivants revenir sur lui. Fenati s'empare de la tête de la course, alors que Marquez passe également l'Australien. Le pilote KTM souffre dans la ligne droite, puisque c'est au tour de Vazquez de le doubler. Ils sont sept pilotes à se battre en tête au 6ème tour de course, Rins, Binder et Guevara venant se méler à la fête. Ils vont se succéder en tête de la course avec pour objectif de bien se placer dans le dernier virage avant la ligne droite.
Alexis Masbou, après s'être retrouvé en fond de peloton au premier tour, parvient à remonter dans le top 10 alors qu'il reste 13 tours à parcourir. Le rythme faussé dans le peloton de tête permet au Français et à quelques autres de venir se joindre dans la bataille pour la victoire à dix tours de l'arrivée. Alexis Masbou va même se payer le luxe deprendre la tête de la course à sept tours de la fin.
Le rythme s'accélère à cinq tours de la fin, Masbou se fait attaquer par les deux Honda de Marquez et Rins. Le tour suivant, c'est Fenati qui prend la tête devant Vazquez et Miller. Fenati entre en tête dans le dernier tour, mais tout va se jouer dans le dernier virage et l'ultime accélération. Vazquez va profiter la puissance de sa moto pour doubler Fenati sur la ligne et remporter sa première victoire. Miller prend la troisième place juste devant Alexis Masbou. Danilo finit 16ème.