Après plus de 200 kilomètres d'échappée, Christophe Riblon et Geraint Thomas (récompensé par le prix de la combativité) sont repris puis lâchés dans la longue montée vers Luz-Ardiden par le groupe de poursuivants puis par le groupe Maillot Jaune, qui n'est plus constitué que d'une quinzaine de coureurs. Devant, le champion olympique Samuel Sánchez et Jelle Vanendert se disputent la victoire après avoir distancé tous leurs rivaux, l'Espagnol l'emporte dans la station pyrénéenne. A partir des nombreuses accélérations dans le groupe Maillot Jaune dans les quatre derniers kilomètres, Fränk Schleck parvient à rallier la ligne d'arrivée 10 secondes derrière le vainqueur mais 20 secondes devant Ivan Basso, Cadel Evans et son frère Andy Schleck, 33 secondes sur le tenant du titre (bien qu'il en sera déchu) Alberto Contador et 40 secondes sur le Maillot Jaune Thomas Voeckler. Toutefois, le Français conserve sa première place au classement général, malgré le rapprochement de tous ses principaux concurrents. Johnny Hoogerland perd son Maillot à pois au profit du vainqueur du jour Samuel Sánchez.