Eine vierköpfige Gruppe mit Lieuwe Westra, Michał Kwiatkowski, Bob Jungels und Edvald Boasson Hagen konnte sich absetzen, gewann aber nie mehr als eine Minute an Vorsprung. Das Hauptfeld leistete sehr aggressive Nachführarbeit, sodass das Renntempo in der ersten Stunde sehr hoch war und die vier Ausreißer kurz vor der ersten Bergwertung an der Côte de Loucrup wieder eingeholt wurden. Auch diese Steigung wurde sehr schnell befahren, wodurch einige Klassementfahrer bereits an dieser vergleichsweise geringen Steigung abgehängt wurden. Den folgenden Zwischensprint gewann Matteo Trentin vor Peter Sagan, während André Greipel nur Neunter wurde. Damit hatte Sagan wieder mehr Punkte in der Sprintwertung als Greipel.
Zwischen der zweiten Bergwertung an der Côte de Bagnères-de-Bigorre und der dritten an der Côte de Mauvezin wagten die Franzosen Thibaut Pinot und Romain Bardet einen Fluchtversuch, der aber nicht erfolgreich war. Beide Fahrer waren im letzten Jahr gut platziert, hatten bei dieser Rundfahrt aber bereits viel Zeit verloren. Am Anstieg zur dritten Bergwertung des Tages bildete sich dann langsam eine neue Führungsgruppe. Ihr gehörten Rafał Majka, Thomas Voeckler, Serge Pauwels, Emanuel Buchmann und Steve Morabito an. Die fünf Fahrer konnten sich erfolgreich absetzen und fuhren über drei Minuten Vorsprung heraus. Später schlossen noch Julien Simon, Arnaud Démare und Daniel Martin zur Führungsgruppe auf. Démare fiel aber wenig später wieder zurück, sodass noch sieben Fahrer mit einem Vorsprung von über sieben Minuten vorn waren. Den Col d’Aspin überquerte Martin als Erster vor Voeckler und Pauwels.
Am Anstieg zum Col du Tourmalet lagen die Ausreißer noch ungefährdet vorn, im Feld dagegen fielen Peter Sagan, Thibaut Pinot, Jean-Christophe Péraud, Joaquim Rodríguez und Warren Barguil zurück. Bei den Ausreißern hatte sich Majka abgesetzt und fuhr allein vorn weiter. Die Favoritengruppe bestand noch aus Vincenzo Nibali, Tanel Kangert, Chris Froome, Wouter Poels, Alberto Contador, Nairo Quintana, Alejandro Valverde, Tejay van Garderen, Tony Gallopin, Pierre Rolland, Robert Gesink, Bauke Mollema, Samuel Sánchez und Richie Porte. Vorn überquerte Majka mit schon über einer Minute Vorsprung den Gipfel vor Pauwels und Buchmann und sicherte sich damit das Souvenir Jacques Goddet sowie eine Prämie in Höhe von 5000 Euro.
Zu Beginn des letzten Anstieges lagen folgende Zeitabstände vor:
- Rafał Majka war in Front,
- Serge Pauwels lag 1:07 Minuten hinter Majka,
- Emanuel Buchmann und Daniel Martin 2:00 Minuten hinter Majka,
- Thomas Voeckler und Julien Simon befanden sich zwischen Buchmann/Martin und der Favoritengruppe und die
- Favoritengruppe war 6:03 Minuten hinter Majka.
Der an dritter Position liegende Daniel Martin hängte zuerst Buchmann ab und fuhr dann auch an Pauwels vorbei, konnte Majka aber nicht mehr erreichen. Majka gewann die letzte Bergwertung des Tages und die Etappe, Zweiter wurde jeweils Martin. Dritter im Ziel wurde Buchmann vor Pauwels. In der Favoritengruppe attackierten kurz vor dem Ziel noch Bauke Mollema und Alejandro Valverde, die damit noch geringfügig Zeit auf den Führenden der Gesamtwertung, Froome, gutmachen konnten.
Rafał Majka (TCS)
Daniele Bennati (TCS): Aufgabe während der Etappe (Sturz[1])
Rui Costa (LAM): Aufgabe während der Etappe (Sturzfolgen der 3. Etappe[1])
Ben Gastauer (ALM): Aufgabe während der Etappe (Mittelohrentzündung[2])
Dominik Nerz (BOA): Aufgabe während der Etappe (Magenprobleme[1])
Rein Taaramäe (AST): Aufgabe während der Etappe (Krankheit[3])
Johan Vansummeren (ALM): Aufgabe während der Etappe (Verletzungen aus der ersten Tour-Woche[4])
