Durch die neue Startregelung rückte Tom Sykes als Vierter des ersten Rennens im zweiten Lauf auf die Pole-Position nach vorne, Rennsieger Chaz Davies (Ducati) wiederum auf die neunte Startposition nach hinten. Am Rennsonntag mit von der Partie war BMW-Pilot Jordi Torres, der am Samstag wegen einer Virusinfektion verzichtet hatte. Der erste Startversuch musste nach einem Motorplatzer an der Grillini-Kawasaki von Ayrton Badovini abgebrochen und die Strecke vom Öl befreit werden. Erst nach 40 quälend langen Minuten waren die Reinigungsarbeiten abgeschlossen und das Rennen über 18 Runden (anstatt 19) neu gestartet. Seit Laguna Seca 2016 hatte Tom Sykes nicht mehr gewonnen, im zweiten Rennen in Imola konnte sich der Kawasaki-Pilot zumindest für sechs Runden an der Spitze behaupten. Dann wurde der Brite zuerst von Davies aufgeschnupft, einige Runden später auch von seinem Teamkollegen Jonathan Rea – Davies vor Rea und Sykes der Zieleinlauf. In der Gesamtwertung führt Rea weiterhin souverän mit 235 WM-Punkten vor Davies (161 P.) und Sykes (160 P.). Bester Yamaha-Pilot wurde Alex Lowes auf der sechsten Position, Eugene Laverty (Aprilia) brachte als Siebter sein bestes Saisonfinish ins Ziel. Obwohl von einer Magenverstimmung noch geschwächt, hielt Jordi Torres den zweiten Lauf tapfer durch und erreicht mit der Althea BMW den starken achten Rang – der Spanier ging nur von der 21. Position in das Rennen! Für Red Bull Honda gab es in Imola auch im zweiten Lauf nichts zu feiern. Nicky Hayden hielt zwar lange den Anschluss zu einer Gruppe die um Platz 8 kämpfte, wurde am Ende aber nur Zwölfter. Stefan Bradl sah nach einer schwachen Startrunde als 14. ins Ziel. Am Hinterrad des Zahlingers kreuzte Randy Krummenacher (15./Kawasaki) die Ziellinie. Pech hatte Leon Camier, der auf der zweiten Position liegend bereits in der dritten Runde stürzte. Auch Alex De Angelis (Pedercini Kawasaki) verabschiedete sich mit einem Crash aus dem Rennen. So lief das Rennen Start: Sykes, Fores, Camier, Melandri, vd Mark, Lowes, Rea und Davies in die erste Kurve. Bradl P12, Krummi 14. Runde 1: Sykes vor Camier, dann schon Rea. Rea mit Fehler in der Schikane vor der Zielgeraden und verliert einige Positionen. Runde 2: Sykes 0,8 sec vor Camier, Davies 1,8 sec zurück auf P3. Dann Melandri und Rea. Bradl nur noch 19. Schnellste Rennrunde Davies in 1:47,135 min. Runde 3: Sturz Leon Camier – Davies jetzt Zweiter hinter Sykes, Rea Dritter. Lowes auf Platz 6, Laverty 8. Runde 4: Sykes 1,7 sec vor Davies und 3.6 sec vor Rea. Melandri hinter Fores und Lowes auf P6 zurückgefallen. Auch De Angelis gestürzt. Torres Zwölfter, Krummi auf 14., Bradl 16. Runde 5: Davies schnellster Mann auf der Strecke und holt schnell auf Sykes auf. Lowes neben der Strecke fällt auf Platz 7 zurück. Runde 6: Sykes nur noch 0,6 sec vor Davies. Rea 2,5 sec zurück. Krummi fällt nach Ausritt auf Platz 17 zurück. Bradl als 15. in den Punkten. Runde 7: Davies kassiert Sykes noch vor der Zielgeraden und setzt sich schnell ab. Rea 2 sec zurück. Fores behauptet Platz 4 vor Melandri. Van der Mark, Lowes, Laverty und Ramos kämpfen um Platz 6. Runde 9: Nur Davies an der Spitze fährt 1:46er Rundenzeiten und führt bereits 1,5 sec vor Sykes und Rea. Lowes jetzt Sechster vor vd Mark und Laverty. Torres 11., Bradl, 15. und Krummi 16. Runde 11: Davies führt 3 sec vor Sykes und Rea, der seit zwei Runden keinen Weg an seinem Teamkollegen vorbei findet. Runde 12: Endlich knackt Rea die harte Nuss Sykes, liegt aber bereits 3,8 sec hinter Davies. Bradl vor auf Platz 14, vorbei an De Rosa. Krummi weiterhin P16. Runde 13: Torres (10.) überholt Hayden. Runde 14: Davies 4,8 sec vor Rea und Sykes. Fores (4.) bereits 14 sec zurück und weiterhin mit Melandri im Nacken. Lowes (6.) vor Laverty und van der Mark und Torres. Hayden nur noch 12. Runde 16: Keine Veränderungen in den Top-15. Torres (9.) legt sich van der Mark zurecht. Runde 18: Davies gewinnt überlegen vor Rea und Sykes. Fores behält im Kampf um Platz 4 mit Melandri die Oberhand. Die weiteren Platzierungen ab Pos. 6 – Lowes, Laverty, Torres, vd Mark, Mercado, Ramos, Hayden, Savadori, Bradl, Krummenacher.