Tom Dumoulin (Giant Alpecin) a reconquis le maillot rouge de leader de la Vuelta au prix d'une exceptionnelle démonstration de classe dans la montée du Puig Llorença, terme d'une neuvième étape où le Néerlandais s'est joué au final de Chris Froome (Sky) et Joaquim Rodriguez (Katusha). Leader de la Vuelta pendant une seule journée à Vejer de la Frontera, Dumoulin a décramponné la plupart des favoris de cette édition, dont le Colombien Esteban Chaves (Orica-Greenedge), qui le précédait de dix secondes au général au départ de Torrevieja et a terminé près d'une minute derrière lui.
Le départ est donné à 13h49 à 183 coureurs. Deux des vainqueurs d'étape de cette édition sont non-partants: Jasper Stuysen (Trek Factory), victime d'une fracture du poignet, et Peter Sagan (Tinkoff-Saxo), insuffisamment remis de sa chute de la veille.
Une échappée au long cours se dégage dans les premiers kilomètres. Elle comprend Nikolas Maes, Pieter Serry et Maxime Bouet (Etixx-Quick Step), Geraint Thomas (Sky), Lorrenzo Manzin (FDJ), Mattia Cattaneo (Lampre-Merida), Yohan Bagot (Cofidis), Maarten Tjallingii (LottoNL-Jumbo), Omar Fraile (Caja Rural), Tony Hurel (Europcar), Danny Van Poppel (Trek), Pavel Brutt (Tinkoff-Saxo) et Songezo Jim (MTN-Qhubeka). Ces treize hommes sont rejoints au kilomètre 42 par Alexis Gougeard (ag2R-La Mondiale), parti en chasse.
Au kilomètre 34, une chute collective en tête de peloton implique quelques-uns des favoris de cette Vuelta: Alejandro Valverde (Movistar), Fabio Aru, Mikel Landa (Astana), Samuel Sánchez
(BMC), Domenico Pozzovivo (AG2R - La Mondiale) et John Degenkolb (Giant - Alpecin). Aucun n'est sérieusement touché. En revanche Thomas Degand (IAM) abandonne.
L'avance des 14 hommes de tête culmine à 5'40" après 40 km, un écart que les hommes de Katusha s'empressent de stabiliser autour des quatre minutes.
À 50 km de la ligne, les Movistar prennent le relais et l'écart se réduit aussitôt. Il est de 2'30" lors de la première ascension du Puig Lorrença, où le groupe de tête perd Gougeard avant d'exploser sous l'impulsion de Cattaneo, qui emmène Serry, Bagot et le maillot à pois Fraile. Ce dernier passe en tête au sommet. Dans la descente, le quatuor est rejoint par Thomas et Bouet, puis par Brutt, Jim et Tjallingii, vainqueur du sprint de Bahia de Javea (Km 153,8).
À 15 km de l'arrivée, les équipiers de Joaquim Rodriguez ont ramené la meute à moins d'une minute du groupe de tête. Celui-ci explose à nouveau dans le final, où Bouet et Brutt se portent à l'avant, bientôt rejoints par Thomas. Derrière Serry, Cattaneo et Bagot restent intercalés mais les six sont repris dès les premiers hectomètres de l'ultime ascension.
Le premier kilomètre de la montée donne lieu à une belle empoignade où Valverde et Nairo Quintana (Movistar) tentent de sortir. C'est ensuite Dumoulin qui se porte une première fois à l'attaque, flanqué de Jose Gonçalves (Caja Rural). Mais le Néerlandais est bien marqué par le maillot rouge Esteban Chaves. Dumoulin remet ça à deux kilomètres du sommet, suivi par Rafal Majka. Chris Froome emmène la chasse sous la flamme rouge, Rodriguez dans sa route, alors que Chaves flanche. D'une accélération typique, le vainqueur du Tour de France semble parti pour la victoire d'étape, mais d'un ultime coup de rein, l'intraitable Dumoulin le passe avant la ligne pour faire coup double. Fromme concède lui concède deux secondes, Rodriguez cinq, suivi de Fabio Aru, Majka et de Quintana.
