Forte del ruolo di capitano della sua squadra, nel maggio 1991 Indurain chiuse al secondo posto la Vuelta a España – miglior piazzamento in carriera nella gara iberica – battuto dal solo Melchor Mauri. Al Tour de France subito seguente si presentò con un ruolo di "outsider", e nella tappa a cronometro da Argentan a Alençon batté tutti, vincendo davanti a Greg LeMond. Nella seconda parte della "Grande Boucle" arrivò la sua consacrazione: nella tredicesima tappa (da Jaca a Val-Louron), dopo aver risposto all'attacco di Claudio Chiappucci (poi vincitore di giornata) sul Col d'Aspin ed essersi lasciato alle spalle i favoriti LeMond, Fignon e il proprio capitano Delgado, decretando così definitivamente il ricambio generazionale, conquistò la sua prima maglia gialla. Nelle tappe seguenti riuscì a difendere il primato dagli attacchi di Gianni Bugno, arrivando in giallo fino a Parigi, quarto spagnolo a riuscirvi dopo Federico Bahamontes, Luis Ocaña e Pedro Delgado. Nel finale di stagione Bugno si prese la rivincita ai campionati del mondo su strada di Stoccarda, lasciando a Indurain la medaglia di bronzo; Indurain concluse l'anno con il successo alla Volta Ciclista a Catalunya.