Dès le kilomètre zéro, de nombreux coureurs sont intéressés pour prendre l'échappée, à commencer par le Néerlandais Mathieu van der Poel (Alpecin-Fenix), repris après douze kilomètres d'effort solitaire par un peloton désorganisé.
Après plus de quinze kilomètres de course, un groupe de cinq coureurs parvient à prendre de l'avance, avec : le Français Anthony Perez (Cofidis), les trois Italiens Alessandro Covi (UAE Emirates), Alessandro Tonelli (Bardiani CSF Faizanè) et Simone Ravanelli (Drone Hopper-Androni Giocattoli) et le Néerlandais Oscar Riesebeek (Alpecin-Fenix). Ils sont repris cinq kilomètres plus tard.
Après vingt-cinq kilomètres de course, une échappée fleuve semble bien partie, avec neuf coureurs : l'Australien Chris Hamilton (DSM), les deux Belges Sylvain Moniquet (Lotto-Soudal) et Mauri Vansevenant (Quick-Step Alpha Vinyl), le Colombien Harold Tejada (Astana Qazaqstan), le Danois Magnus Cort Nielsen (EF Education-EasyPost), l'Espagnol Oier Lazkano Lopez (Movistar), le Français Nicolas Prodhomme (AG2R Citroën), l'Italien Lorenzo Rota (Intermarché-Wanty-Gobert Matériaux) et Oscar Riesebeek. Ils sont repris après quatorze kilomètres. Dans le peloton, les premiers sprinteurs sont décramponnés, à l'instar du Français Arnaud Démare (Groupama-FDJ).
Au sommet d'Il Pilonetto, l'Italien Diego Rosa (Eolo-Kometa) passe en tête, devant le Lituanien Ignatas Konovalovas (Groupama-FDJ), l'Américain Joe Dombrowski (Astana Qazaqstan) et l'Italien Filippo Zana (Bardiani CSF Faizanè), avec moins de dix secondes d'avance sur le peloton, du moins ce qu'il en reste. Les quatre coureurs de front sont rejoints par l'Allemand Ben Zwiehoff (Bora-Hansgrohe), les deux Colombiens Diego Camargo Pineda (EF Education-EasyPost) et Iván Sosa (Movistar) et l'Italien Alessandro Covi (UAE Emirates). Ils sont rejoints par trois autres coureurs : le Britannique James Knox (Quick-Step Alpha Vinyl), le Français Nans Peters (AG2R Citroën) et Sylvain Moniquet.
Composé de onze coureurs, le groupe de front compte au maximum trois minutes d'avance sur le peloton, au passage dans Pecetto Torinese. Au sprint intermédiaire du Monument de Fausto Coppi, Oscar Riesebeek devance Diego Rosa ; avec une avance de vingt-trois secondes sur le groupe maillot rose et une minute et vingt-et-une secondes sur le groupe de l'Espagnol Alejandro Valverde (Movistar). L'échappée est reprise à soixante-huit kilomètres de l'arrivée.
Dans le premier tour du circuit autour de Turin, l'équipe Bora-Hansgrohe impose un rythme infernal. A soixante-cinq kilomètres de l'arrivée, le groupe maillot rose n'est plus composé que de douze coureurs, avec : l'Allemand Emanuel Buchmann (Bora-Hansgrohe), l'Australien Jai Hindley (Bora-Hansgrohe), le Britannique Simon Yates (BikeExchange Jayco), les trois Espagnols Mikel Landa et son coéquipier Pello Bilbao (Bahrain Victorious) et Juan Pedro López (Trek-Segafredo), l'Equatorien Richard Carapaz (INEOS Grenadiers), les deux Italiens Vincenzo Nibali (Astana Qazaqstan) et Domenico Pozzovivo (Intermarché-Wanty-Gobert Matériaux), le Néerlandais Wilco Kelderman (Bora-Hansgrohe), le Portugais João Almeida (UAE Emirates) et le Tchèque Jan Hirt (Intermarché-Wanty-Gobert Matériaux).
Au sommet de la première ascension de Superga, Wilco Kelderman passe en tête devant Jai Hindley, avec vingt-huit secondes d'avance sur le trio composé du Français Guillaume Martin (Cofidis), de Joe Dombrowski et de Ignotas Konovalovas et de une minute et cinquante-sept secondes sur le groupe Alejandro Valverde. Au sommet du Colle della Maddalena, Wilco Kelderman passe de nouveau en tête devant Jai Hindley ; le groupe Martin passe avec un retard d'une minute et cinquante-huit secondes et le groupe Valverde compte un débours de trois minutes et trente-et-une secondes.
A vingt-huit kilomètres de l'arrivée, Richard Carapaz attaque dans la seconde et dernière ascension de Superga ; l'Equatorien passe en tête, avec dix-sept secondes d'avance sur le groupe composé, entre autres, de Wilco Kelderman et João Almeida ; esseulé, le maillot rose Juan Pedro López compte un retard de quarante-cinq secondes. Le champion olympique équatorien est repris dans la seconde et dernière ascension du Colle della Maddalena ; au sommet, Carapaz passe en tête devant Nibali, Hindley et Yates, avec une avance de douze secondes sur le duo composé de Almeida et Pozzovivo. Le maillot rose compte un retard de plus de trois minutes.
Dans la descente technique vers Turin, Simon Yates s'extirpe du quatuor de front ; il s'impose cinq kilomètres plus tard, avec quinze secondes d'avance sur le trio, où Hindley devance Carapaz et Nibali. Pozzovivo arrive à trente-huit secondes, Almeida à trente-neuf et Landa à cinquante-et-une seconde. Juan Pedro López coupe la ligne avec un débours de quatre minutes et vingt-cinq secondes.
Au niveau des différents classements : Juan Pedro López perd le maillot rose, au profit de Richard Carapaz et également le maillot blanc, au profit de João Almeida. Le Français Arnaud Démare (Groupama FDJ) conserve le maillot violet et l'Italien Diego Rosa (Eolo-Kometa) le maillot bleu. L'équipe Bora-Hansgrohe mène au classement par équipes.
Étape vallonnée
Italie
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Cees Bol (Team DSM) : non-partant
Alexander Krieger (Alpecin-Fenix) : non-partant
Giacomo Nizzolo (Israel-Premier Tech) : non-partant
