I 2011 fikk Froome sitt store gjennombrudd i Vuelta a España 2011. Der overrasket han de aller fleste med å bli nr. 2 sammenlagt, 13 sekunder bak vinneren Juan José Cobo. Han slo lagkameraten Bradley Wiggins som var Team Sky sin kaptein i utgangspunktet. Dette var første britiske pallplassen på mange år i en av Grand Tourene. Froome ble åtte år senere tilkjent seieren etter at Cobo ble diskvalifisert for brudd på dopingreglementet.