L'Italien Gianluca Brambilla (Etixx-Quick Step) est le premier attaquant du jour au km 3. A l'initiative d'Alberto Contador (Tinkoff), une trentaine de coureurs se regroupent en tête au km 6. Contador poursuit son effort et entraîne avec lui Nairo Quintana, Jonathan Castroviejo et Rúben Fernández (Movistar), ses deux équipiers Ivan Rovny et Yuri Trofimov (Tinkoff), le maillot à pois Kenny Elissonde (FDJ), Fabio Felline (Trek - Segafredo), Matvey Mamykin (Katusha), Gianluca Brambilla et David de la Cruz (Etixx - Quick Step), Davide Formolo et Moreno Moser (Cannondale - Drapac) et Omar Fraile (Dimension Data).
Le peloton se scinde en deux groupes. Dans la première ascension Chris Froome (Team Sky) n'a pour l'aider que le seul David Lopez. Au pied de l'Alto de Petralba l'écart est de 2 minutes. Astana roule en tête de premier peloton. Le groupe comprenant notamment Leopold König (Team Sky) est à 7'40''. Fraile passe au sommet devant Elissonde. Le peloton Froome-Chaves est à 2'42'' (km 59).
L'équipe Orica-BikeExchange se joint à la poursuite avant d'entamer l'ascension de l'alto de Cotefablo. L'écart est de 3'00'' à 50 kilomètres de l'arrivée. Au Sommet Fraile passe devant Elissonde. Dans la vallée, le groupe Froome-Chaves revient à 1'45'' dans la descente mais remonte à 2'30'' dans la vallée au km 94.
Au pied de la montée finale, Contador et Quintana comptent toujours une avance de deux minutes.
Fraile est à bout de force et laisse à Elissonde la chance de consolider son avance dans la course au maillot a pois.
A l'avant, Quintana donne le tempo tandis que Froome donne le ton dans le groupe de chasse. Astana reprend les manettes dans le final. Quintana accélère à deux kilomètres de l'arrivée et alors que Brambilla suit, Contador lâche prise à 1,5 kilomètre de la ligne. L'Italien s'envole à quelques hectomètres du but pour devancer Quintana de trois secondes. Contador franchit la ligne avec 34 secondes de retard sur Brambilla et Esteban Chaves, encore très fort, termine à 1:53.
Derrière, Froome s'arrache avec Yates dans sa roue et en finit avec 2'40 de retard.
