Spaniolul, care a câștigat sprintul de sâmbătă, s-a luptat întreaga cursă cu rivalul Francesco Bagnaia înainte ca Marc Marquez să ajungă târziu și să-i fure locul doi.
Martin, pilotul Pramac Ducati, conduce în clasament cu 129 de puncte, cu 38 de puncte în fața lui Bagnaia, care a trecut pe locul doi.
"Nu sunt multe lucruri pe care le pot spune astăzi", a declarat Martin.
"Am avut multe îndoieli la începutul cursei, dar în cele din urmă mi-am demonstrat mie însumi și tuturor celor care au nevoie de altceva pentru a dovedi că am fost cel mai bun astăzi.
Așadar, (sunt) foarte fericit. Mulțumesc echipei mele pentru că după câteva căzături au reparat motocicleta. A fost perfectă.
Să fac una, una (două premiere) aici, la Le Mans, cred că a fost cel mai bun și perfect weekend".
Martin, câștigător deja în acest sezon în Portugalia, nu a avut cel mai bun start din pole position, pierzând primul loc în fața lui Bagnaia în primul tur.
Cei doi au fost apoi blocați roată la roată pentru restul cursei.
Bagnaia, pe Ducati-ul său de uzină, s-a luptat cu mai multe atacuri ale lui Martin înainte de a aluneca în cele din urmă la șapte tururi înainte de final.
Bagnaia a încercat din răsputeri să recupereze conducerea, dar s-a aflat sub presiunea lui Marquez, sextuplul campion, care avea în vedere victoria în Franța după o cursă superbă în Spania, când a ajuns al doilea în spatele lui Bagnaia.
Chinuit de accidentări și apoi de probleme de vedere în ultimii ani, unii se temeau că zilele sale cele mai bune au trecut.
Cu toate acestea, Marquez a crescut ritmul chiar și atunci când pneurile de pe Ducati-ul său Gresini au început să se uzeze și l-a luat pe Bagnaia în ultimul tur pentru a smulge încă un valoros al doilea loc care îl ridică pe locul trei în clasament.