194 coureurs prennent le départ de Viveiro sous une pluie battante à 13h33. Luis Mas (Caja Rural), victime d'une chute après l'arrivée de l'étape 4, est non partant. Dès le drapeau, Julien Morice (Direct Energie) et Tiago Machado (Katusha) se portent à l'avant. Leur avance grimpe jusqu'à 6'30" (km 71) sur un peloton emmené par les BMC du maillot rouge Dawin Atapuma et par Julien Bernard (Trek-Segafredo), anticipant un sprint pour Niccolo Bonifazio.
Les conditions difficiles sont fatales à Murilo Fischer (FDJ) qui renonce en raison d'ennuis gastriques.
À 75 km de l'arrivée, Tiago Machado distance Julien Morice alors que le peloton est revenu à moins de quatre minutes. Le Portugais creuse alors l'écart pour rafler les points du sprint intermédiaire de Pontenova (km 98), devant Gianni Meersman (Etixx-Quick Step), puis ceux de l'ascension du jour, le Puerto de Marco de Alvare (3e cat, km 118,8). Dans cette côte, il précède le Belge Thomas De Gendt (Lotto-Soudal), qui récolte deux points et revient à hauteur d'Alexandre Geniez (FDJ) au classement de la montagne.
À 40 km de l'arrivée, les équipes dotés d'un bon finisseur - Trek-Segafredo, Etixx-Quick Step, Giant Alpecin - haussent le ton et l'écart se réduit.
Tiago Machado est finalement reprise à 14 km de l'arrivée par la tête du peloton, emmené par les formations Sky et Movistar. Dans les derniers kilomètres, les équipes de sprinters et celles des leaders se disputent les avant-postes alors que la bosse située à deux kilomètres de l'arrivée attise l'appétit des puncheurs. C'est ainsi que Philippe Gilbert tente sa chance, mais est contré par Simon Clarke (Cannondale-Drapac): les deux hommes sont repris sous la flamme rouge.
Alors qu'un sprint semble inévitable, une chute massive coupe le peloton en deux. Parmi les victimes se trouve notamment le leader de l'équipe Lotto NL-Jumbo, Steven Kruijswijk. Seuls une vingtaine de coureurs y échappent, dont Alejandro Valverde et Chris Froome, bien emmenés par leurs équipiers. Mais c'est devant que se joue la victoire d'étape et Gianni Meersman, parfaitement emmené par Zdenek Stybar, est intouchable.
