Sur un parcours technique et vallonné, Yves Lampaert (Etixx-Quick Step) réalise le premier temps de référence (47'59”). Silvan Dillier (BMC), qui nourrissait de légitimes ambitions, signe un temps correct mais une chute l'empêche de s'approcher des meilleurs. Jonathan Castroviejo (Movistar), quatrième du chrono des Jeux olympiques de Rio et candidat a la victoire, en termine en 47'17''.
Le passage des favoris au premier temps intermédiaire établit une hiérarchie claire entre les principaux favoris. Froome (17'32'') devance Contador (18'03''), Quintana (18'18'') tandis que Chaves (18'52'') est déjà à la dérive. Vers la mi-parcours, Froome passe le Colombien.
Au deuxième intermédiaire (km 24,3), Froome passe en 31'08'', accroissant son avance sur Contador à 1'12'' et sur Quintana à 1'33''. Chaves continue de perdre pied et pointe à 2'14'' . Loin des caméras, Samuel Sánchez, qui défendait sa place dans le top 10, chute et passe la ligne avec un lourd débours.
Si Froome est encore dans le jeu, Contador, qui est maintenant 3'43'' derrière Quintana, a besoin de jambes de feu et d'un petit miracle pour renverser la Vuelta. Chaves est quatrième à 4'54'' tandis qu'Andrew Talansky (Cannondale-Drapac) fait son entrée dans le top 5.
