Le Britannique Tom Pidcock (Q36.5) et l'Australien Jai Hindley (Red Bull-Bora-hansgrohe) terminent respectivement deuxième et troisième du jour, avec 8 et 12 secondes de retard sur Ayuso. Au général, Antonio Tiberi (Bahrain Victorious) est deuxième à 37 secondes devant son compatriote Filippo Ganna (Ineos Grenadiers), le précédent maillot bleu, qui compte désormais 38 secondes de retard sur Ayuso.

Dans les premiers kilomètres de l'étape-reine de cette 60e édition, un groupe de huit coureurs s'est formé à l'avant avec notamment Jasper Suyven (Lidl-Trek), Gianni Vermeersch (Alpecin-Deceuninck) ou encore le Danois Magnus Cort (Uno-X Mobility). Les hommes de tête comptaient encore un peu plus d'une minute d'avance au pied de la principale difficulté du jour, la montée de Frontignano (7,6 km à 7,9 %), à 8 kilomètres de l'arrivée.

Dès les premières pentes de ce col hors-catégorie, le groupe échappé a maigri avec une attaque de l'Italien Samuele Battistella (EF Education EasyPost). Derrière, le groupe des favoris, sous l'impulsion de l'équipe UAE Emirates-XRG, a accéléré et repris un par un les coureurs à l'avant.

Leader du classement général depuis la première étape, Ganna a perdu le contact avec les meilleurs grimpeurs du jour à 4 kilomètres de l'arrivée et a finalement terminé à 50 secondes du vainqueur du jour.

Aidé par son équipe, Ayuso a porté plusieurs offensives, mais Pidcock et Healy se sont accrochés dans un premier temps. L'Espagnol, 22 ans, a finalement fait la différence avec une nouvelle accélération à 3,5 kilomètres de la ligne et s'est imposé en solitaire.