Dès le départ, plusieurs attaques fusent. C'est finalement un groupe de dix hommes qui se forme en tête de la course après une quarantaine de kilomètres. Ces coureurs sont Thibaut Pinot, Bruno Armirail et Sébastien Reichenbach (Groupama FDJ), Mikel Landa (Bahrain Victorious), Marc Soler (UAE Emirates), Rein Taaramäe (Intermarché Wanty Gobert), Jay Vine (Alpecin), Lucas Hamilton (BikeExchange), Mads Pedersen (Trek Segafredo) et Alexey Lutsenko (Astana). Au sommet de l'Alto de Santo Emiliano (à 87 km de l'arrivée), l'écart entre les fuyards et le peloton emmené par les équipiers Quick-Step Alpha Vinyl du maillot rouge Remco Evenepoel est de 4 min 14 s. Cette avance ne varie guère pendant plus d'une heure et les échappés franchissent l'avant-dernière difficulté du jour, le Puerto de Perlavia situé à 40 km du terme, avec un avantage sur le peloton de 4 min 10 s. Cette avance est réduite à 3 min 30 s au pied de la montée finale vers le Colláu Fancuaya. Le groupe d'échappés perd progressivement plusieurs éléments et, à 6 km du sommet, l'Australien Jay Vine, vainqueur l'avant-veille, s'isole en tête. Il augmente son avance pour remporter une seconde victoire sur cette Vuelta. Les trois futurs premiers du classement général Evenepoel, Mas et Roglič arrivent ensemble à 1 min 20 s du vainqueur.