Am vierten Tag der Rundfahrt startete das Feld erstmals in der Geschichte der Kalifornien-Rundfahrt von Sonora aus, einer der Goldgräberstädte im Kalifornischen Goldrausch und heute Verwaltungssitz von Tuolumne County. Die Etappe war mit über 130 Meilen (rund 209,6 km) die längste der Kalifornien-Rundfahrt 2012 und enthielt sechs Berg- und zwei Sprintwertungen. Die Strecke führte zunächst südöstlich durch Mariposa County und dann – am südlichsten Punkt des Yosemite-Nationalparks vorbei – durch Madera County und Fresno County nach Clovis. Die Etappe fand an dem bis dahin heißesten Tag der Rundfahrt statt. Bei Temperaturen von bis zu 32 °C fand sich die erste Ausreißergruppe schon beim ersten größeren Anstieg des Tages zusammen, wurde aber schon auf der Abfahrt wieder vom Feld eingeholt. Später fanden sich insgesamt elf Fahrer zu einer erneuten Ausreißergruppe zusammen, die den Rennverlauf über weite Strecken des Tages dominierte. Nach der Abfahrt von der sechsten und letzten Bergwertung des Tages wurde auch diese Ausreißergruppe schließlich auf abfallender Straße vom Feld eingeholt. Team Omega Pharma-Quickstep arbeitete für einen Etappensieg von Tom Boonen, der sich aber letztendlich doch dem Gesamtführenden Peter Sagan geschlagen geben musste. Nach dem Ende des Rennens zeigte sich Sagan von seinem erneuten Sieg überrascht: „Ich dachte nicht, dass ich einen weiteren Sieg erringen könnte. […] Jetzt sind wir sehr glücklich und [ich] danke meinem gesamten Team.“