Au classement général, Van der Poel reste leader avec 10 secondes d'avance sur le Français Christophe Laporte (Visma-Lease a Bike) et 12 sur le Danois Andreas Korn (Lotto Dstny).

Le local Alexandre Kess (Philippe Wagner/Bazin) et Pepijn Reinderink (Soudal Quick-Step) ont formé l'échappée de la journée. Malgré les deux minutes qui séparaient ce duo du peloton, le Néerlandais a été rattrapé par les autres coureurs à la mi-parcours après avoir franchi la Côté de Zittig (1re cat. 1,7 km à 6,7%) et la Montée de Steinsel (hors-cat. 1,5 km à 8,6%) en première position.

Le peloton s'est totalement reformé à 35 kilomètres de l'arrivée et plusieurs coureurs ont tenté leur chance avant la flamme rouge. Bien lancé par son coéquipier Alex Kirsch comme poisson-pilote, Pedersen a bataillé face à Van der Poel avant de s'imposer à Schifflange.

Le Danois signe la 46e victoire de sa carrière et déjà une 12e cette saison. Pedersen, l'un des hommes en forme de Lidl-Trek, a notamment remporté Gand-Wevelgem, le Tour d'Allemagne et le Tour de Provence cette saison.

Vendredi, le peloton s'élancera sur un parcours long de 201,3 kilomètres entre Rosport et Diekirch avec cinq ascensions au programme donc plusieurs hors-catégories : la Côte de Michelsbierg (2,2 km à 7,1%), Um Knupp (3,8 km à 4%), la Montée de Haemerich (1,1 km à 7,4%), la Montée de Seitert (800 m à 9,9%). La 84e édition du Tour de Luxembourg se terminera dimanche au bout de la cinquième étape dont l'arrivée est prévue dans la capitale.