Bert Jan Lindeman (LottoNL-Jumbo) a profité de l'attentisme des favoris pour s'offrir une victoire de prestige à La Alpujarra, premier sommet de cette 70e édition de la Vuelta. Parti avec quatre autres coureurs après 12 km, le Néerlandais a vu sa constance dans l'effort récompensée alors qu'à l'arrière, la course entre les favoris livrait ses premiers enseignements. Le plus étonnant d'entre eux est la défaillance de Chris Froome, lâché dans les deux derniers kilomètres, et qui a terminé à 27 secondes des autres favoris, parmi lesquels Esteban Chaves (Orica-Greenedge) a conservé son maillot rouge de leader.
Le départ réel est donné à 12h42 à 189 coureurs. Après un départ nerveux, l'échappée du jour se forme au kilomètre 12, où cinq hommes sortent du lot: Carlos Quintero (Colombia), Amets Txurruka (Caja Rural), Ilia Koshevoy (Lampre-Merida), Bert Jan Lindeman (LottoNL-Jumbo) et Jérôme Cousin (Europcar). Leur avance croît régulièrement jusqu'au 30e kilomètre, où elle atteint huit minutes, un écart que les équipiers d'Esteban Chaves jugent suffisants pour prendre les rênes du peloton.
À la première difficulté du jour, le Puerto de los Blancares (km 87), franchie en tête par Txurruka (combatif du jour), l'écart a grimpé à dix minutes et il atteint son maximum de treize minutes à 80 km de l'arrivée, où les Astana se mêlent à la chasse. Les Sky se joignent ensuite à l'effort collectif et le quintette précède la meute de dix minutes à 50 km du but..
Il faut que les Movistar se mettent à l'oeuvre pour que cette avance fonde et redescende à huit minutes au sprint de Lanjaron, à 31 km de l'arrivée, enlevé par Lindeman. Katusha enfonce ensuite le clou et l'avance des échappés n'est plus que de sept minutes à 25 km de la ligne et de six au pied de l'ultime ascension.
Les équipiers de Valverde et de Nairo Quintana font le train dans les huit premiers kilomètres de la montée alors que la sélection s'opère. Le premier leader a lâcher prise est Pierre Rolland (Europcar). Astana prend un relais timide, mais l'avance du quintette reste de 3'10" à 10 km de l'arrivée.
Dans le groupe de tête, Jérôme Cousin et Ilia Koshevoy semblent les plus forts. Leurs attaques successives sont fatales à leurs compagnons et les deux hommes se retrouvent en tête alors que trois kilomètres restent à parcourir. Ils sont rejoints par le coriace Lindeman un kilomètre plus loin.
Alors que le trio se livre une belle bataille pour la bataille finale, deux coups de théâtre se produisent à l'arrière: Chris Froome est lâché alors que Fabio Aru se lance à l'attaque. L'Italien arrache la troisième place de l'étape à Cousin, victime d'un incident mécanique, alors qu'à l'arrière, le double vainqueur du Tour de France perd 27 secondes sur les autres favoris, qui finissent roue dans roue à 36 secondes de Lindeman.
