La 13e étape retourne dans les Pyrénées pour une courte (134,7 km) mais rude journée constituée uniquement de descentes et de montées. Cette étape ainsi que la 17e peuvent être considérées comme les étapes reines de la Vuelta 2023. Partant de la localité frontalière de Formigal, les coureurs grimpent directement le col de Pourtalet (col de 3e catégorie, sommet après 4,4 km de course) où le tracé franchit la frontière entre l'Espagne et la France. Après la descente de ce col, se succèdent les ascensions des cols de l'Aubisque (col hors catégorie, montée de 16,5 km, sommet après 48,7 km de course) et de Spandelles (col de 1re catégorie, montée de 10,3 km, sommet après 82 km de course). L'étape se termine par la cinquième arrivée au sommet de la Vuelta 2023 au mythique col du Tourmalet (col hors catégorie, montée de 18,9 km depuis Luz-Saint-Sauveur, altitude du col : 2 115 m) très régulièrement au programme du Tour de France depuis 1910 et encore franchi deux mois auparavant lors de la 6e étape du Tour de France 2023 .
Malgré de nombreuses tentatives, aucune échappée matinale ne se formera sur cette étape. Romain Bardet (dsm-firmenich) passe en tête de la première difficulté, le col de Portalet (col de 3e catégorie).
A deux kilomètres du col d'Aubisque, Michael Storer (Groupama-FDJ) lance une attaque, au même moment où le tenant du titre et actuel maillot blanc Remco Evenepoel (Soudal-Quick-Step) est distancé. C'est à ce moment-là que l'équipe Jumbo-Visma décide d'accélérer le tempo pour lâcher définitivement le Belge.
Alors que l'équipe Bahrain Victorious décide d'accélérer, un écart se forme au sein du peloton et quatre coureurs s'échappent dont le maillot rouge Sepp Kuss et son coéquipier Jonas Vingegaard, sans succès.
Michael Storer sera passé en tête de l'Aubisque puis du col de Spandelles pour s'emparer provisoirement du maillot de la montagne. Au pied du col du Tourmalet, le Français Lenny Martinez (Groupama-FDJ), cinquième au classement général, craque.
A huit kilomètres de l'arrivée, Jonas Vingegaard passe à l'offensive. Il est suivi par Juan Ayuso, Primož Roglič, Enric Mas, le maillot rouge Sepp Kuss, Mikel Landa et Cian Uijtdebroeks. Un kilomètre avant le final, le maillot rouge attaque, suivi par Roglič.
L'équipe Jumbo-Visma s'empare donc des trois premières places de l'étape et du classement général. Le groupe de poursuivants termine avec une quarantaine de secondes de retard. Marc Soler, deuxième du classement général, en termine avec 3 minutes de retard et son leader João Almeida termine quinzième à 6'47. Remco Evenepoel termine à plus de 27 minutes des favoris, perdant tout espoir de victoire finale. Sepp Kuss conserve son maillot rouge avec 1'37 et 1'44 d'avance sur ses leaders Roglič et Vingegaard, ce dernier s'emparant du maillot à pois.
Étape de montagne
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France
Orluis Aular (Caja Rural-Seguros RGA) : non partant.svg){kind=small}
Robbe Ghys (Alpecin-Deceuninck) : non partant
Alan Jousseaume (TotalEnergies) : non partant
Callum Scotson (Jayco AlUla) : abandon_pictogram.svg){kind=small}
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