Au lendemain du deuxième jour de repos au Puy-en-Velay, la seizième étape est l'avant-dernière étape dite «de parcours accidenté». Elle part du Puy-en-Velay et arrive à Romans-sur-Isère après 165 kilomètres. Le parcours prend de l'altitude dès le départ, pour mener les coureurs sur le Meygal, jusqu'à 1 204 mètres au sommet de la côte de Boussoulet (troisième catégorie, 4,5 km de montée à 6.3%). La course poursuit sa route vers l'est et passe en Ardèche, dans les monts du Vivarais. Le col du Rouvey, classé en quatrième catégorie (2,8 km de montée à 5.6%) y est franchi. S'ensuite une longue descente vers la vallée du Rhône. Celui-ci est franchi entre Tournon-sur-Rhône et Tain-l'Hermitage, marquant le passage dans le département de la Drôme. Le sprint intermédiaire est situé au kilomètre 121, à Chantemerle-les-Blés. La fin de parcours, relativement plate, amène à Romans-sur-Isère par la vallée de l'Isère[1].
Les trente premiers kilomètres se font avec de multiples tentatives d'échappées. Seul un petit groupe avec Chavanel - De Gendt - Degand arrive à avoir un peu plus d'avance; Sylvain Chavanel continue seul un moment puis se relève, à la hauteur de Devesset, lorsqu'il s'aperçoit que le peloton est mené par l'équipe Sunweb pour éviter toute nouvelle tentative et afin d'arriver en tête au sprint intermédiaire. Cela a pour effet de produire une cassure à l'arrière d'une soixante de coureurs, dont le maillot vert. Seuls Bouhanni avec deux coéquipiers arrivent à rejoindre le peloton principal dans la longue descente. Dans les trente derniers kilomètres, le peloton se casse en plusieurs groupes; ainsi l'Irlandais Martin se retrouve dans un second groupe, Contador et Bouhanni dans un troisième.
Matthews remporte le sprint final.
Classement de l'étape
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Étape vallonnée
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Philippe Gilbert (Quick-Step Floors) : Non partant
George Bennett (Lotto NL-Jumbo) : Abandon
