De Duitse coureur van Ferrari begon vanaf de tweede plek, maar haalde in de chaotische eerste ronde Valtteri Bottas in. Verstappen kwam nooit in de buurt van een podiumplek en moest in de slotfase de als laatste gestarte Lewis Hamilton voorbij laten.
De Finnen Bottas en Kimi Raikkonen flankeerden Vettel op het podium. De top vier eindigde binnen zes seconden van elkaar. Verstappens teamgenoot Daniel Ricciardo kwam niet verder dan de zesde plek.
Voor Vettel was het zijn vijfde zege van dit seizoen, maar pas zijn eerste sinds de Grand Prix van Hongarije eind juli. In de laatste vijf races haalde de Duitser slechts eenmaal het podium met een tweede plek in de Verenigde Staten.
In de Renault-motor van Verstappen werd dit weekend een verouderde MGU-H aangebracht, nadat het onderdeel eerder in het weekend scheurde. Met het oude onderdeel verwachtte Verstappen vooraf al geen topprestatie te kunnen leveren op het circuit Interlagos.
Uitvallers
In de eerste ronde deden er zich verschillende crashes voor. Voor Esteban Ocon, Stoffel Vandoorne en Kevin Magnussen zat de race er al direct op. Voor de Fransman Ocon was het pas zijn eerste uitvalbeurt in zijn carrière na 27 Grands Prix waarin hij wel de finish haalde.
Ricciardo, die door een straf als veertiende moest starten, spinde na een touché met Vandoorne van de baan. De Australiër kon wel verder rijden, maar belandde helemaal achteraan het veld.
Er kwam een safety car de baan op, zodat brokstukken van de diverse wagens opgeruimd konden worden. Vettel, die in de eerste bocht de van pole gestarte Valtteri Bottas wist te verschalken, kon na het verdwijnen van de safety car zijn voorsprong uitbouwen. Verstappen reed achter Raikkonen op de vierde plaats.
Massa rukte van de negende plek op naar P5. De 36-jarige Braziliaan van Williams reed zijn laatste thuisrace en zou uiteindelijk zevende worden.
Inhaalrace
Hamilton en in mindere mate Ricciardo begonnen aan een inhaalrace vanuit de achterhoede. De Britse wereldkampioen moest vanwege een crash in de kwalificatie vanuit de pitstraat starten, maar reed na 21 rondes al op de vijfde plek.
Verstappen had op dat moment slechts tien seconden voorsprong op de coureur van Mercedes. In de 29e ronde maakte Verstappen zijn pitstop, waarna hij als zevende weer de baan op kwam.
De jonge Nederlander haalde Sergio Perez in en werd voorbij gelaten door teamgenoot Ricciardo, maar de achterstand op Raikkonen was opgelopen tot meer dan vijf seconden. Halverwege de race zette Verstappen met 1.12,763 tijdelijk de snelste raceronde op zijn naam.
DRS
Hamilton maakte pas op tweederde van de race zijn bandenwissel en kwam achter Verstappen terug op de baan. De Brit kwam daarna gestaag dichterbij en wist Verstappen met nog twaalf rondes te gaan dankzij de DRS in te halen.
Daarna maakte Verstappen nog een tweede pitstop, omdat zijn banden versleten waren. Op zijn verse banden pakte de Nederlander nog de snelste raceronde met 1.11,044. Daarmee reed hij de dertien jaar oude toptijd van Juan Pablo Montoya uit de boeken, maar meer dan een vijfde plek zat er niet in voor Verstappen.