Đánh bại các đối thủ Milos Raonic và Kei Nishikori, Murray và Djokovic chạm trán ở chung kết diễn ra vào rạng sáng 21/11. Cuộc so tài được xem là "trận chiến lịch sử" bởi lần đầu tiên trong lịch sử giải này, người thắng sẽ giành chức vô địch, đồng thời kết thúc năm ở vị trí số một thế giới.
Murray không có tỷ số đối đầu tốt trước Djokovic (chỉ mới thắng 10 trong 34 lần gặp nhau), song với lợi thế sân nhà cùng quyết tâm giữ ngôi, tay vợt Scotland đã mở màn đầy ấn tượng trước kình địch người Serbia. Trong 5 game mà Murray nắm giao bóng ở ván một, tay vợt này luôn kết thúc gọn gàng và không cho Djokovic bất kỳ cơ hội nào để tạo ra bước ngoặt.
Ngược lại Djokovic sớm cho thấy sự chệch choạc khi phải cứu liền 2 break-points ở game thứ sáu. Những sự bất ổn cứ thế tiếp nối và hệ quả là Djokovic đánh rơi game thứ tám vào tay Murray. Dẫn trước 5-3, Murray nắm giao bóng và không gặp nhiều khó khăn để khép lại ván đầu với tỷ số 6-3.
Gió tiếp tục xuôi chiều cho Murray trong ván hai. Chỉ sau 5 game đầu tiên, anh đã có tới hai lần bẻ break của Djokovic để dẫn trước 4-1. Tuy nhiên việc dẫn khá sâu dường như khiến Murray thoáng chút mất tập trung, Djokovic tận dụng cơ hội này để rút ngắn cách biệt xuống còn 2-4 rồi 3-4.
Hàng ngàn khán giả ở O2 Arena lúc này tỏ ra lo lắng bởi những miếng đánh của Djokovic bắt đầu cho thấy sự sắc bén, trong khi Murray có dấu hiệu mất tự tin từ những pha dứt điểm sau vạch baseline. Dù vậy Murray vẫn kịp thời trở lại, thắng nhanh game thứ tám để nâng tỷ số lên thành 5-3.
Djokovic lập tức có câu trả lời với một game chóng vánh, qua đó rút ngắn cách biệt còn 4-5. Tuy nhiên đó là tất cả những gì Nole có thể làm được, bởi sau đó Murray không mắc sai lầm nào để thắng 6-4, dù phải đến khi có cơ hội giành match-points thứ ba anh mới có thể tận dụng thành công.
Đánh bại Djokovic với tỷ số 6-3, 6-4, Murray lần đầu tiên vô địch ATP World Tour Finals. Đây cũng là lần đầu tiên trong sự nghiệp mà Murray khép lại năm ở vị trí số một thế giới.