La corsa, una delle più antiche al mondo, si svolge nella piazza centrale di Siena, Piazza del Campo.

Ad ogni Palio partecipano solo dieci Contrade tra le diciassette totali, scelte a sorte e secondo un turno che va di luglio in luglio e di agosto in agosto. Il meccanismo è il seguente:

corrono di diritto le sette Contrade che non hanno corso il Palio corrispondente dell'anno precedente;

un mese prima del Palio (l'ultima domenica di maggio per il Palio di luglio e la prima domenica dopo il Palio di luglio per il Palio d'agosto) vengono estratte a sorte tre Contrade che vanno a completare il lotto di dieci;

le altre sette vengono estratte per stabilire l'ordine di sfilata nel Corteo storico e parteciperanno di diritto al corrispondente Palio dell'anno successivo (mantenendo questo ordine di estrazione).

Il Palio viene vinto dal cavallo, con o senza fantino, dopo che per primo abbia compiuto tre giri della piazza in senso orario (la 'vulgata' dice "a condizione che questo porti sulla fronte la spennacchiera, cioè la coccarda con i colori della Contrada per la quale sta correndo"; in realtà essa ha solo valore decorativo e di aiuto visuale, vedi art. 70 del Regolamento del Palio). La partenza, o mossa, si trova all'altezza del vicolo della Costarella dei Barbieri. La linea d'arrivo, segnalata da un bandierino, è nella stessa zona, pur non coincidendo esattamente con la linea di partenza. Il premio per la Contrada è il palio, o drappellone o cencio, stendardo rettangolare di seta dipinto sorretto in verticale su di un'asta alabardata bianca e nera e sormontato da un piatto d'argento e con due pennacchi bianchi e neri che scendono lateralmente. Il palio resta di proprietà della Contrada, così come l'asta e i pennacchi. Il piatto viene riconsegnato al Comune di Siena prima dei due Palii dell'anno successivo, dopo aver inciso il nome della Contrada e la data della vittoria nella parte posteriore. Esiste un piatto d'argento per il Palio di luglio e uno per il Palio d'agosto. I piatti vengono rinnovati all'incirca ogni dieci anni.

Nel pomeriggio, prima della corsa, dal Duomo alla piazza si snoda la passeggiata storica durante la quale sfilano sia i mazzieri, i figuranti e i cavalieri rappresentanti il Comune e le istituzioni storiche cittadine sia le comparse delle Contrade i cui figuranti indossando le monture (costumi) con i colori della propria Contrada, la Patria dei senesi.

Dopo il corteo storico (alle diciannove e trenta a luglio, alle diciannove ad agosto), i fantini si avvicinano alla mossa uscendo dall'Entrone, l'ingresso del cortile del Palazzo comunale, e si portano nella zona della partenza. A questo punto, il Mossiere, giudice unico della validità della partenza e situato su un palco detto verrocchio, riceve una busta contenente l'ordine di allineamento ai canapi, due lunghe corde che delimitano la zona di partenza. Per accedere alla zona tra i due canapi, la corda posteriore è più corta ed è sorretta da un meccanismo chiamato verrocchino; in questo modo viene lasciato uno spazio attraverso il quale i cavalli fino al nono possono entrare e quello sorteggiato di rincorsa può determinare il momento di partenza (vedi sotto). L'ordine è segreto fino all'ultimo momento e viene determinato con un meccanismo automatico: l'ordine della mossa viene conosciuto solo pochi minuti prima di queste operazioni dai tre Deputati della Festa, i fiduciari del Comune nominati di Palio in Palio, garanti e responsabili del corretto svolgimento della Festa.

La corsa, a quel punto, potrà prendere il via solo quando i primi nove cavalli risulteranno allineati di fronte al canape: solo a quel punto la rincorsa (il fantino che cavalca l'ultimo cavallo estratto) potrà entrare tra i canapi già al galoppo e dare il via alla corsa. La capacità del mossiere sta nel riuscire a percepire questa intenzione e sganciare con un pedale il canape anteriore con il giusto tempismo. È comune che strategie, veti incrociati, tentativi di raggiungere accordi rendano le fasi della mossa assolutamente incomprensibili ai profani del Palio. Di rado la partenza avviene in pochi minuti.

Queste complicate operazioni di partenza spesso risultano molto lunghe e si possono protrarre anche fino al calare della sera, aumentando così la difficoltà di una corsa che si corre a pelo, cioè senza l'ausilio di alcuna sella.

Alla fine il fantino vincitore riceverà onori e gloria, oltre alla ricchezza che la vittoria gli porterà in dote, mentre la contrada per la quale ha corso potrà ergersi sulle altre grazie alla vittoria ottenuta, almeno fino al Palio successivo.

Onori e gloria andranno anche al cavallo vincitore, in special modo nel caso di una vittoria da scosso, cioè senza fantino. In ogni caso, il cavallo sarà l'ospite d'onore alla cena della vittoria che si svolge nelle ultime settimane di settembre nelle strade e nelle piazze del rione vincitore del palio di luglio, la prima settimana di ottobre per il rione vincitore del palio di agosto.