Pour la première (et unique) fois dans l'histoire de la Formule 1, le Grand Prix d'Italie n'a pas lieu à Monza. En effet c'est le circuit d'Imola, à une trentaine de kilomètres au sud de Bologne et à cent kilomètres de Maranello qui a été choisi pour accueillir la course. Ce transfert provisoire est dû aux nécessaires travaux de sécurité entrepris à Monza après le drame de 1978.

Chez Arrows l'Allemand Manfred Winkelhock fait ses débuts en remplaçant Jochen Mass, toujours sujet à de fortes douleurs après son accident en Autriche.

Aux essais, Ferrai et Gilles Villeneuve testent la nouvelle 126 C destinée à disputer la saison 1981. Cette machine possède un moteur V6 turbo-compressé censé remplacer le V12. Mais son temps de réponse est dramatiquement long, et il est mis au placard pour le moment. Toujours aux essais, Scheckter est victime d'un gros accident dont il sort non sans douleur. Le champion en titre pourra disputer la course, mais en serrant les dents. Ce même week-end, Ferrari annonce avoir engagé Didier Pironi qui remplacera donc le futur retraité Jody Scheckter.

Chez Alfa Romeo Vittorio Brambilla dispute son dernier Grand Prix avant d'être remplacé par le jeune Andrea de Cesaris pour la tournée nord-américaine.

Sans surprise, les essais sont dominés par les Renault. Arnoux obtient sa troisième pole position consécutive, trois dixièmes de secondes devant Jabouille. Reutemann est troisième devant Giacomelli. En troisième ligne on retrouve les deux rivaux pour le titre de champion du monde, Piquet devant Jones. Le Brésilien n'avait pas devancé l'Australien sur une grille de départ depuis Long Beach. Derrière eux on retrouve Patrese, Villeneuve, Rebaque et Andretti. Les Ligier sont complétement « à la ramasse ». En effet, l'équipe française a décidé de faire tourner ses machines en configuration « Kyalami ». Une grosse erreur car les voitures bleues vont lamentablement se traîner durant tout le week-end. En qualifications; Pironi est treizième et Laffite vingtième ! Pas de sourire non plus chez McLaren, où Prost se qualifie in extremis au vingt-quatrième et dernier rang. Les deux Ensign ne sont pas qualifiées, tout comme l'Arrows de Winkelhock et la troisième Lotus de Mansell.

Départ: Reutemann tente de se faufiler entre les Renault mais aussitôt rencontre un problème d'embrayage et se fait passer par tout le peloton. Arnoux conserve l'avantage devant Jabouille, Piquet et Giacomelli. Mal parti, Jones se retrouve septième. Rosberg fait une excursion hors-piste mais se relance.

1er tour: Arnoux mène devant Jabouille, Piquet, Giacomelli, Villeneuve, Rebaque, Jones, Pironi, Jarier et Watson. Reutemann est dernier mais sa Williams semble de nouveau fonctionner.

2e: Arnoux est en tête mais a Jabouille et Piquet sur ses talons.

3e: Jabouille déborde Arnoux à Tosa. Le Grenoblois est en difficulté car il se fait aussi passer par Piquet à Acque Minerale.

4e: Piquet attaque et passe Jabouille. Le Brésilien est en tête du Grand Prix. Plus loin Villeneuve prend la quatrième place à Giacomelli.

5e: Brambilla s'arrête dans les graviers à Tosa, l'aileron arrière cassé après un choc.

6e: A l'abord de la courbe qui portera un jour son nom, Villeneuve voit son pneu arrière droit éclater à pleine vitesse. La Ferrari part en toupie avant de heurter de face, à très haute vitesse, le mur de béton. A cause de l'ampleur du choc, tout le train arrière de la voiture se détache. Elle rebondit ensuite jusque sur la piste où elle s'arrête, un peu en dehors de la trajectoire. Villeneuve est fort heureusement indemne. Au même instant Giacomelli est sorti de la piste à Tosa, lui aussi victime d'une crevaison causée par un débris de la Ferrari. L'Italien n'ira pas beaucoup plus loin.

7e: Piquet mène devant Jabouille, Arnoux, Jones qui vient de passer Rebaque, Pironi, Jarier, Andretti, Watson et Patrese. Cheever est au stand Osella pour changer de pneus. Les commissaires évacuent la Ferrari accidentée.

8e: Jones est l'homme le plus rapide en piste. Jarier prend la sixième place à Pironi. Devant eux Rebaque a fait un « tout-droit » à Acque Minerale. Laffite revient au stand Ligier, et y reste quelques minutes à cause d'un souci d'ordre mécanique.

11e: Jones est revenu juste derrière Arnoux. Watson passe Andretti.

12e: Jones passe Arnoux, qui aussitôt décroche par rapport à la Williams.

13e: Pironi est peu à l'aise avec la Ligier et perd deux places aux profits de Watson et d'Andretti.

15e: Piquet mène avec deux secondes d'avance sur Jabouille. Jones est à une dizaine de secondes des leaders. Arnoux est quatrième, puis viennent Rebaque, Jarier, Watson, Andretti, Pironi et Patrese. Reutemann occupe le seizième rang.

18e: Fittipaldi sort de la piste et atterrit dans les protections.

19e: Rebaque rencontre un bris de suspension sur sa Brabham et doit renoncer.

20e: Piquet creuse un écart de plus de cinq secondes sur Jabouille.

21e: Les freins de Watson ne répondent plus. Le pilote nord-irlandais est contraint de rentrer au stand McLaren pour abandonner.

25e: Tandis que Jones remonte sur Jabouille, Arnoux voit revenir derrière lui Jarier et Andretti.

27e: Andretti double Jarier. Les deux pilotes sont juste derrière Arnoux.

28e: Piquet mène devant Jabouille (10.5s.), Jones (12.3s.), Arnoux (41.8s.), Andretti (43.3s.) et Jarier (44.7s.). Suivent Pironi, Patrese, Scheckter et Rosberg. Reutemann est onzième.

29e: Jones attaque Jabouille par l'intérieur de la Variante Bassa et le dépasse sans difficulté.

32e: Rosberg prend la neuvième place à Scheckter.

35e: L'écart demeure stable entre Piquet et Jones. Patrese prend la septième place à Pironi. Nouvelle sortie de route de Daly qui finit sa route dans les barrières. L'Irlandais n'était que dix-septième et avant-dernier.

37e: Après s'être débarrassé de Scheckter, Reutemann double Rosberg.

39e: Patrese est trahi par son moteur et doit abandonner.

40e: Jarier passe Andretti, soudainement lent.

41e: Andretti revient à son stand à très faible vitesse. Le moteur Cosworth de la Lotus ne répond plus.

42e: Reutemann est désormais sixième. Derrière lui, de Angelis a passé Pironi.

45e: Tandis que Piquet a augmenté son écart sur Jones à plus de vingt secondes, la bataille pour la quatrième place commence à se dessiner entre Arnoux, Jarier et Reutemann.

47e: Jarier attaque et passe Arnoux. Reutemann est en embuscade. Jones signe le meilleur tour: 1'36''089''''. Pironi sort de la route à Acque Minerale, mais parvient à repartir, toujours en huitième position. Surer abandonne, moteur cassé.

48e: Reutemann double Arnoux dans la montée vers Piratella. Puis, à la sortie d'Acque Minerale, Jarier part en tête-à-queue. Il parvient à repartir, mais entretemps Reutemann, Arnoux, ainsi que le leader Piquet sont passés.

49e: Arnoux a de gros problèmes avec ses pneus et se fait repasser sans difficulté par Jarier.

51e: Arnoux est désormais la proie de de Angelis, qui le passe sans coup férir.

52e: Arnoux finit la course au ralenti. Il se passer par Pironi et par Rosberg

53e: Toujours aussi véloce, Piquet mène avec près de trente secondes d'avance sur Jones. Jabouille est troisième, suivi par Reutemann, Jarier, de Angelis, Pironi, Rosberg, Arnoux et Scheckter.

55e: C'est la bérézina chez Renault. Jabouille revient aux stands, boîte de vitesse bloquée. C'est terminé pour le Français. Dans le même temps, véritable chicane mobile, Arnoux est doublé par Prost.

56e: Jarier n'a plus de freins: le pilote Tyrrell doit renoncer alors qu'il avait en vue une superbe quatrième place. De Angelis récupère sa position, suivi par Pironi et Rosberg. Mais le Finlandais ne tarde pas à doubler le jeune Français.

58e: Confortablement installé en tête Piquet n'a plus qu'à rallier l'arrivée. Jones est deuxième et Reutemann troisième.

60ème et dernier tour: Nelson Piquet remporte son troisième Grand Prix de la saison. Jones et Reutemann encadrent le Brésilien sur le podium. De Angelis est quatrième, suivi par Rosberg et Pironi. Prost finit septième devant Scheckter, Laffite, Arnoux, Keegan et Cheever.

Ce succès de Piquet lui permet de s'emparer de la tête du classement général pour un point. Il compte en effet 54 points contre 53 à Jones. Reutemann et Laffite sont désormais exclus de la lutte pour le titre mondial. En revanche, ce double podium permet à Williams de décrocher son premier titre de champion du monde des constructeurs.