O francês Fabio Quartararo lançou o desafio na qualificação ao bater o recorde de volta de Bezzecchi em Phillip Island, estabelecido no dia anterior, e garantiu a sua quinta pole position da temporada.
No entanto, o italiano, totalmente concentrado, partindo da segunda posição, mostrou ter potência suficiente na sua Aprilia para conquistar a terceira vitória em corridas sprint nas últimas quatro provas.
Fê-lo apesar de ter colidido com uma ave logo no início, ficando com penas penduradas na mota.
Marquez, da Gresini, disparou do sexto para o primeiro lugar na curva inicial, mas no final da primeira volta, era o também piloto da Aprilia Raul Fernandez que liderava, seguido de perto por Bezzecchi, com Quartararo a cair para sexto.
Fernandez e Bezzecchi abriram vantagem sobre Marquez e parecia que Fernandez assumia o controlo quando Bezzecchi alargou a trajetória na sétima volta, perdendo um segundo.
Mas Bezzecchi recuperou e voltou à luta, ultrapassando o espanhol na décima volta e cruzando a meta com 3,149 segundos de vantagem.
"Foi bastante difícil porque, logo no início, atingi uma ave grande, infelizmente para ela, mas também para mim, porque fiquei assustado", disse Bezzecchi.
"Mas felizmente nada se partiu na mota. Depois, quando começámos a sprint, diverti-me imenso".
Pedro Acosta completou o pódio em terceiro, com Jack Miller em quarto e Fabio Di Giannantonio em quinto, numa prova marcada pelo frio. Quartararo terminou em sétimo.
"Estava muito descontraído na mota. Vi que o Marco tinha um ritmo muito forte", afirmou Fernandez. "Dei o meu máximo, mas quando percebi que não conseguia acompanhar o Marco, limitei-me a tentar aguentar".
Os feitos de Bezzecchi aconteceram na ausência do recém-coroado campeão do mundo Marc Márquez, que precisou de ser operado ao ombro depois de ter sido abalroado pelo italiano na Indonésia há duas semanas.
Bezzecchi terá de cumprir uma dupla penalização de long lap - o que equivale a cerca de cinco a seis segundos - no domingo, por ter causado o incidente, tornando muito mais difícil a sua missão de vencer essa corrida.
Alex Marquez, irmão mais novo de Marc, aumentou a vantagem sobre o bicampeão mundial Francesco Bagnaia na luta pelo segundo lugar da classificação para 92 pontos.
Precisa de terminar o fim de semana com uma diferença de 111 pontos para garantir o segundo posto.
Bagnaia voltou a ter uma corrida desastrosa, depois de um mau resultado na Indonésia, partindo de 11.º e caindo para 19.º, a uns impressionantes 32 segundos do ritmo dos líderes.
O estreante espanhol Fermin Aldeguer, vencedor do MotoGP na Indonésia, não conseguiu terminar a prova.
Com ventos fortes previstos para este fim de semana, os organizadores decidiram adiar o grande prémio de domingo para as 04:00 da madrugada, numa tentativa de evitar as piores condições meteorológicas.