Le départ réel à peine donné, Brice Feillu (Fortuneo-Vital Concept) passe à l’attaque. Un groupe de cinq coureurs se forme alors en tête, avec notamment Peter Sagan (Tinkoff) et Thibaut Pinot (FDJ), tous deux en quête de points pour les classements du maillot vert et du maillot à pois. Cette première tentative est avortée, mais le champion du monde tente à nouveau sa chance, tout comme le grimpeur français. De nouvelles tentatives se produisent alors, avec entre autres Julian Alaphilippe (Etixx-Quick Step), ou Tom Dumoulin (Giant-Alpecin). Dans le Port d’Envalira, Wilco Kelderman (LottoNL-Jumbo) et Pierre Rolland (Cannondale-Drapac), tous deux gênés par des blessures, sont distancés par le peloton. Rui Costa (Lampre-Merida), 2e dimanche à Andorre Arcalis, parvient finalement à sortir seul. Il est repris dans la descente par Peter Sagan, Vincenzo Nibali (Astana) et Michael Matthews (Orica-BikeExchange).

En bas de la descente, les différents groupes d’attaquants se regroupent et c’est l’échappée du jour qui est formée, avec 15 éléments. Ces coureurs portent rapidement leur avance à plus de 7 minutes. À l’approche de la banderole des 50 derniers kilomètres, Direct Energie vient apporter son aide à l’équipe IAM Cycling pour tenter de réduire l’écart avec la tête de course. À 25 kilomètres de Revel, l’écart se réduit et le vent souffle. Peter Sagan en profite pour accélérer et produire une cassure dans le groupe de tête. Il s’isole avec six autres coureurs. Le champion du monde file à toute allure en compagnie d’autres coureurs rapides, comme Greg Van Avermaet (BMC), Edvald Boasson Hagen (Dimension Data), Michael Matthews, Luke Durbridge, Daryl Impey (Orica-BikeExchange) et Samuel Dumoulin (AG2R La Mondiale). Le peloton se scinde lui aussi à cause du vent latéral et du rythme élevé, et abandonne subitement la poursuite à 20 kilomètres du but.

Forte de trois coureurs dans ce petit groupe, l’équipe Orica-BikeExchange fait le gros du travail dans le final. Dans la côte de Saint-Ferréol, Durbridge s’écarte et Impey tente une première fois, mais c’est ensemble que les six derniers survivants basculent au sommet. Boasson Hagen fait la descente à blec mais ne parvient pas à décrocher ses compagnons de route. À 3 kilomètres de la ligne, Impey attaque une nouvelle fois, en vain. Le Sud-Africain tentera même une troisième fois un kilomètre plus loin, mais ne trompera pas la vigilance de Sagan. Van Avermaet lance le sprint mais Matthews réagit et déborde ses concurrents par la droite. Il devance Sagan et Boasson Hagen.

Classement de l’étape :

• 1    Michael MATTHEWS    AUS    OBE    4:22:38
• 2    Peter SAGAN    SVK    TNK    +0
• 3    Edvald BOASSON HAGEN    NOR    DDD    +0
• 19    Tony MARTIN    GER    EQS    +9:39
• 29    Daniel MARTIN    IRL    EQS    +9:39
• 35    Fabio SABATINI    ITA    EQS    +9:39
• 89    Petr VAKOC    CZE    EQS    +9:39
• 115    Julian ALAPHILIPPE    FRA    EQS    +9:39
• 116    Marcel KITTEL    GER    EQS    +9:39
• 159    Julien VERMOTE    BEL    EQS    +9:39
• 172    Iljo KEISSE    BEL    EQS    +9:39
• 178    Maximiliano Ariel RICHEZE    ARG    EQS    +9:39

Classement général :

• 1    Christopher FROOME    GBR    SKY    49:08:20
• 2    Adam YATES    GBR    OBE    +16
• 3    Daniel MARTIN    IRL    EQS    +19
• 47    Julian ALAPHILIPPE    FRA    EQS    +40:37
• 65    Tony MARTIN    GER    EQS    +59:43
• 141    Petr VAKOC    CZE    EQS    +1:44:03
• 145    Maximiliano Ariel RICHEZE    ARG    EQS    +1:46:23
• 150    Marcel KITTEL    GER    EQS    +1:48:45
• 156    Fabio SABATINI    ITA    EQS    +1:49:35
• 168    Iljo KEISSE    BEL    EQS    +1:52:40
• 183    Julien VERMOTE    BEL    EQS    +1:56:55