Partant du bord du Golfe de Gascogne à Ribadesella, la première moitié de cette courte (124,4 km) étape asturienne ne présente guère de grandes difficultés. À partir du km 66 et de la commune de San Martín del Rey Aurelio, la première des trois ascensions du jour se retrouve sur le parcours des coureurs : l'Alto de la Colladiella (col de 1re catégorie) franchi après une ascension de 7,8 km. Ensuite, le parcours se dirige vers l'Alto del Cordal (col de 1re catégorie), une montée de 5,4 km avec une pente moyenne de 9,2 % dont le sommet se situe à 21,1 km de l'arrivée. Après la descente de ce col, l'ascension finale du mythique Alto de l'Angliru se dresse devant les coureurs. Ce col classé hors catégorie, long de 12,4 km, passant de l'altitude de 340 m au pied du col à La Vega à l'altitude de 1 558 m sur la ligne d'arrivée, présente une déclivité moyenne de 10,1 % et des sections à plus de 20 %. Il s'agit de la septième arrivée au sommet de l'édition 2023 et de la neuvième arrivée de la Vuelta à l'Alto de l'Angliru depuis 1999, la route n'étant pas asphaltée auparavant.
Dans la première partie de l'étape, le Belge porteur du maillot à pois Remco Evenepoel (Soudal Quick-Step) fait la course en tête accompagné dans un premier temps par son équipier Mattia Cattaneo , par Lorenzo Germani (Groupama-FDJ), Jarrad Drizners (Lotto Dstny) et Larry Warbasse (AG2R Citroën). Au fil des kilomètres, Evenepoel perd tous ses compagnons d'échappée, le dernier à rester à ses côtés étant son équipier Cattaneo qui le laisse partir seul en tête au pied de l'Alto del Cordal, à 26,5 km de l'arrivée. Evenepoel a franchi en tête les deux premiers cols de première catégorie, faisant le plein de points pour le classement du meilleur grimpeur, son nouvel objectif sur cette Vuelta. L'avance d'Evenepoel décroît après le col de l'Alto del Cordal qu'il franchit avec deux minutes et vingt secondes d'avance sur le peloton.
Le Belge aborde en tête les pentes de l'Angliru avec une minute et vingt secondes d'avance mais est repris et dépassé à 5,5 km de l'arrivée par le groupe maillot rouge étonnamment emmené par l'équipe Bahrain Victorious. Ce groupe maillot rouge se réduit de plus en en plus et le trio de l'équipe Jumbo-Visma (Sepp Kuss, Jonas Vingegaard et Primož Roglič) se retrouve seul en tête à 2 km du sommet. Roglič et Vingegaard lâchent Kuss à 1 500 m de l'arrivée et se disputent la victoire. Roglič l'emporte mais Kuss, arrivé troisième à 19 secondes, sauve son maillot rouge pour huit petites secondes.
Étape de montagne
Espagne
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Geoffrey Bouchard (AG2R Citroën) : abandon.
