Le peloton de 185 coureurs quitte Cistierna sans Igor Anton (Dimension Data) et le départ très rapide (47 km/h dans la première heure) est fatal à Enrico Battaglin (LottoNL-Jumbo), Tony Hurel (Direct Energie) et Yoann Bagot (Cofidis) tous trois contraints à l'abandon. L'échappée se dessine après douze kilomètres et comprend douze coureurs: Dylan Teuns (BMC), Luis Leon Sanchez (Astana), Alexandre Geniez (FDJ), Jan Bakelants (Ag2R-La Mondiale), Thomas De Gendt (Lotto-Soudal), David De La Cruz (Etixx-Quick Step), Moreno Moser et Simon Clarke (Cannondale-Drapac) , Mathias Frank et Dries Devenyns (IAM Cycling), Bartosz Huzarski (Bora-Argon18) et Pello Bilbao (Caja Rural-Seguros RGA). De La Cruz rendant 2'46" à Nairo Quintana au général, Movistar prend la poursuite en main.
Dans le groupe de tête, certains sont ouvertement partis en quête de points pour le classement de la montagne. C'est le cas de Thomas De Gendt, Alexandre Geniez et Simon Clarke, qui franchissent dans cet ordre le Puerto de San Isidro (2e cat, km 60). Bis repetita dans l'Alto de Santo Emiliano (km 117), où le Belge devance encore le vainqueur de l'étape du Mirador d'Ézaro alors que le groupe de tête devance le peloton de cinq minutes. Assuré du maillot à pois bleus, Thomas De Gendt poursuit momentanément son effort avant d'être repris. Dans l'Alto de San Tirso (3e cat, km 135), il ajoute trois points à son maillot, devant Clarke et Geniez.
Les attaques se succèdent dans les 25 derniers kilomètres, où Dries Devenyns et Jan Bakelants se portent à l'avant mais sont repris à 15 km du but. Devenyns remet ça avec De la Cruz après l'Alto de la Manzaneda (Km 152), où Alexandre Geniez empoche les trois points. Au pied de l'Alto del Naranco, où le peloton pointe avec quatre minutes de retard, Thomas De Gendt tente de les rejoindre, mais trop tard. À 600 m du but, Devenyns, qui rejoindra l'an prochain l'équipe Etixx-Quick Step de De La Cruz, se bloque sur un changement de vitesse et laisse s'enfuir le coureur espagnol.
Derrière le peloton est emmené sans discontinuer par les équipiers de Nairo Quintana, qui ne parviennent cependant pas à réduire l'écart et laissent le maillot échapper au vainqueur du jour pour 22 secondes. Alejandro Valverde est à présent troisième à 41 secondes.
