Lewis Hamilton parecia estar no caminho da vitória, mas Sebastian Vettel tirou bom partido de ter ficado mais tempo em pista e de ter ido às boxes durante o período de Safety Car virtual para assumir a liderança para ser depois alvo de enorme pressão do rival antes de garantir a 48ª vitória.
O Campeão do Mundo Hamilton só conseguiu converter duas das suas sete pole positions em Melbourne em vitórias, enquanto o triunfo de Vettel representou o seu 100º pódio, juntando-se a Michael Schumacher, Alain Prost e Hamilton no clube de elite dos centenários.
O colega de equipa de Vettel, Kimi Raikkonen, manteve Daniel Ricciardo (Red Bull) à distância para garantir a posição mais baixa do pódio.
Mas muito antes disso, Hamilton largou da pole para assumir a primeira posição na Curva 1 e defender-se depois dos intentos de Raikkonen à entrada para a Curva 3.
Os dois passaram então a trocar galhardetes com a volta mais rápida na primeira parte da corrida, com Hamilton a aumentar a vantagem de forma gradual.
A Ferrari foi a primeira ir às boxes com Raikkonen a entrar à 19ª volta, altura em que trocou dos super-marcios por uns mais duráveis macios e regressou à pista em terceiro.
A Mercedes respondeu de imediato, com Hamilton a entrar na volta seguinte e a imitar a estratégia doo finlandês para regressar à corrida em segundo. Vettel manteve-se em pista durante mais tempo, enquanto Hamilton ia recuperando terreno sobre o germânico ao tirar o melhor partido dos pneus novos.
Contudo, a corrida sofreu uma grande alteração quando os pilotos da Haas, Kevin Magnussen e Romain Grosjean se viram tocados pelo azar quando eram quarto e quinto, respetivamente. Problemas com a pistola de aperto das jantes levaram os dois a desistir na volta de regresso à pista após a ida às boxes. O contratempo levou ao acionamento do Safety Car virtual, o que permitiu aos pilotos que ainda não tinham ido às boxes ganharem vantagem ao entrarem no pit lane quando o resto do pelotão rodava a uma velocidade mais lenta. Vettel foi um desses pilotos e a paragem limpa por parte da Ferrari permitiu-lhe regressar à ação à frente de Hamilton.
Vettel e Hamilton passaram a trocar entre si as melhores voltas da corrida, mas o britânico não conseguiu passar. Mais atrás, Ricciardo, que partiu de oitavo depois de uma penalização de três posições na grelha de partida, passou Nico Hulkenberg (Renault) de forma perfeita na Curva 13, mas já não conseguiu fazer o mesmo com Raikkonen.
Hamilton ainda chegou a cerca de meio segundo de Vettel, mas um erro na Curva 9 levou-o a perder muito terreno para o germânico e a perder todas as hipóteses de chegar à vitória.
Mais atrás, Fernando Alonso (McLaren) completou o top 5.