Innan loppet startade var flera bilar tvungna att flytta sig till den bakre delen av fältet: motorbyten för polesitter Greg Biffle, Ryan Newman, Ricky Craven och 1990 års vinnare Derrike Cope. Rookie och Sprint Cup-debutanten Scott Riggs startade bakifrån i en reservbil. Detta innebar att Gatorade Duel #1-vinnaren Dale Earnhardt, Jr. tog över den första startplatsen och ledde de första varven.
Mark Martin, som kom från en besviken säsong förra året, lämnade loppet med en trasig motor på varv 8, vilket föranledde den första varningen. På varv 26 följde hans Roush Racing-teamkamrat Jeff Burton med honom till garaget, också han med ett motorfel. Kevin Harvick gjorde det första ledarbytet på varv 30. Fyra varv senare snurrade Cope i kurva 4 och körde in i Scott Riggs, vilket ledde till den andra varningen. Efter den första omgången av depåstopp med grön flagg tog Tony Stewart ledningen. Han och Jimmie Johnson bytte ledningen några gånger medan de navigerade bland de omkörda bilarna (de flesta av dem var i slutet av ledarvarvet, eftersom kraschen på varv 34 inträffade under depåstoppet) innan Earnhardt, Jr. återtog ledningen.
På varv 60 var den tredje varningen utlöstes när Rusty Wallace, Ken Schrader och Jeff Green kraschade på bakre sträckan. Efter omstarten kämpade Stewart och Earnhardt, Jr. båda om ledningen tills en enorm krasch inträffade på bakre raksträckan på varv 71. Detta började när rookies Brian Vickers och Johnny Sauter fick kontakt och samlade in Marlin, Newman, den regerande 500-vinnaren Michael Waltrip, John Andretti, Kevin Lepage, Terry Labonte; Johnny Benson, Jr; Scott Riggs, Robby Gordon och Jamie McMurray. Waltrip fick det värsta av det hela, då hans bil åkte in i gräset på innerplanen. Friktionen, i kombination med det faktum att regnet som hade spolat bort Busch-loppet dagen innan, gjorde att fälgen på däcket grävde sig ner i gräset på innerplanen. Bilen voltade tre gånger, sparkade upp en massa jord och stannade på taket. En tillfällig försening under en lång varning (även om loppet inte fick röd flagg) följde när räddningspersonalen diskuterade om Waltrips bil skulle upprättas eller inte innan de kunde få ut honom ur bilen. Situationen förvärrades på grund av Waltrips storlek.
Jeff Gordon ledde fältet vid omstarten på 81 varv. Från varv 81 till 200 kördes utan varning. Huvudkonkurrenterna under den andra halvan av loppet var fortfarande Stewart och Earnhardt Jr, som tillsammans ledde 101 av de sista 120 varven. De var de två starkaste bilarna för dagen, eftersom de ledde över 156 varv (98 av Stewart och 56 av Earnhardt, Jr.). När ledarna gick i depå på varv 137 försökte Sauter (som låg fem varv efter efter skador på sin bil från kraschen på varv 71) att gå i depå med dem men hade uppenbara bromsproblem. Han var tvungen att svänga för att missa Kurt Busch (som låg ett varv efter efter att en kontakt med Earnhardt, Jr. tidigare i loppet orsakat punktering av ett däck) och flög genom depåbanan med över 100 mph. Klokt nog försökte han inte stanna i sin depå och kom runt banan för att försöka igen. Hans fortkörningsstraff fick honom att hamna ännu längre bakåt. Under den sista omgången av depåstopp med grön flagg med cirka 30 varv kvar att köra försökte Biffle vinna mark på ledarna vid depåinfarten, men han var helt uppenbart snabbare än den grupp av bilar som körde i depåbanans hastighet. Han kom bakom dem innan han gick i depå, men hans fortkörningsstraff gjorde att han hamnade utanför topp 10 och från kampen om segern.
När de sista depåstoppen med grön flagg var över låg rookien Scott Wimmer från Bill Davis Racing i täten. Besättningen hade bara bytt däck på höger sida, vilket höjde honom från en trolig sjunde eller åttondeplats till en chans att vinna. Tyvärr hade han ingen partner och blev upphunnen av de snabbare Stewart och Earnhardt, Jr. med 25 varv kvar att köra. Earnhardt, Jr. körde om Stewart på varv 181 och höll honom borta under de återstående varven för att vinna sin första Daytona 500. Earnhardt, Jr. vann loppet exakt tre år efter sin fars dödliga olycka på det sista varvet i loppet 2001, där Waltrip hade vunnit sitt första lopp som i sin tur kom tre år efter Earnhardts seger i loppet 1998.
Detta mönster där en förare med någon koppling till Earnhardt, Jr. vinner Daytona 500 vart tredje år (sedan Earnhardt, Sr. vann 1998) har fortsatt. Kevin Harvick, som ersatte Earnhardt efter hans död, vann 2007 års lopp med knappt en seger mot Mark Martin. Jamie McMurray, som kör för Earnhardt Ganassi, vann loppet 2010. Hendrick Motorsports (teamet som Earnhardt Jr. körde i vid den tidpunkten) förare Jimmie Johnson vann 2013 års lopp, även om Earnhardt Jr. kom tvåa i det loppet och vann 2014 års lopp, bara tio år senare.