Après le retrait de Lennard Kämna (Team Sunweb), le plus jeune coureur de La Vuelta 2017, et Daniel Oss (BMC), 162 coureurs ont pris le départ de cette 17e étape redoutée. Après 13km, Alessandro De Marchi (BMC), Magnus Cort Nielsen (Orica-Scott), Dani Moreno (Movistar) et Stefan Denifl (Aqua Blue Sport) étaient parvenus à sortir du peloton. Julian Alaphilippe (Quick-Step Floors) et Davide Villella (Cannondale-Drapac) les ont rejoints au km 27 pour former l'échappée du jour. Leur avance a atteint un maximum de 9'15” après 70km.
Les Astana de Miguel Angel Lopez et les Bora-Hansgrohe de Rafal Majka ont alors réagi pour ramener l'écart à 5 minutes au pied de la première ascension du jour, le portillo de Lunada. Dans la descente, marquée par des conditions de visibilité réduite dans le brouillard, Davide Villella a perdu le contact avec le groupe de tête tandis que les Bahrain-Merida faisaient monter la pression dans le peloton. Rafal Majka a été la principale victime de cette accélération tandis que l'écart passait sous les trois minutes. Le Polonais est finalement revenu au pied de l'avant-dernière ascension.
Orica-Scott a lancé une première offensive dans cette ascension avec Esteban Chaves et Adam Yates. David De La Cruz les a accompagnés, en compagnie de plusieurs chasseurs d'étapes, sans parvenir à tromper la vigilance du Team Sky. Dans la descente, Jack Haig (Orica-Scott) a rejoint Magnus Cort Nielsen pour créer un écart avant la dernière ascension du jour.
Les terribles pentes de l'alto de Los Machucos (jusqu'à 26%) ont permis à Stefan Denifl de distancer ses derniers compagnons d'échappée. Dans le groupe des favoris, Chris Froome (Team Sky) n'a pas réagi aux accélérations de Miguel Angel Lopez (Astana) et Alberto Contador (Trek-Segafredo) à 6km du sommet. Dans son style, l'Espagnol a distancé ses rivaux pour finalement échouer à 28” de Denifl. Miguel Angel Lopez (Astana), Vincenzo Nibali (Bahrain-Merida) et Ilnur Zakarin (Katusha-Alpecin) ont fini à 1'04”, reprenant 42” à un Chris Froome (Team Sky) incapable de suivre ses rivaux.
