Partant de la ville de Terni, le tracé de cette étape s'oriente globalement vers le nord. Les 150 premiers kilomètres sont vallonnés, mais sans difficultés notables. La première difficulté est la côte de 4e catégorie d'I Cappuccini, une montée d'environ 3 km avec des pentes atteignant les 19 %. Les coureurs franchissent une première fois la ligne d'arrivée à Fossombrone alors qu'il reste encore 44 km à parcourir. Dès ce premier franchissement de la ligne, ils escaladent le Monte delle Cesane, un col de 2e catégorie d'environ 8 km avec une pente maximale de 18 %. En fin d'étape, la côte d'I Cappuccini est grimpée une seconde fois. Son sommet se situe à 5,8 kilomètres de la ligne d'arrivée tracée au bas de la descente.
Initialement, cinq hommes font la course en tête. Ils sont rejoints par sept autres coureurs et enfin par un dernier pour former un groupe de tête de treize unités. Ce groupe compte un avantage maximum de 5 minutes sur le peloton. Lors du premier passage de la côte d'I Cappuccini, à 50 km de l'arrivée, l'Irlandais Ben Healy (EF Education) part seul en tête et creuse progressivement un écart substantiel sur ses anciens compagnons d'échappée. Il gagne au terme d'une échappée solitaire de cinquante kilomètres avec une avance d'1 min 49 s. sur un trio issu de l'échappée composé de Derek Gee, Filippo Zana et Warren Barguil.
Dans le peloton maillot rose, Primož Roglič place une attaque lors de la seconde et dernière montée de la côte d'I Cappuccini, à 5 km de l'arrivée, et distance ses adversaires mais les équipiers d'Ineos Grenadiers Geraint Thomas et Tao Geoghegan Hart reviennent sur lui au sommet de la côte contrairement à Remco Evenepoel qui concède sur la ligne d'arrivée 14 secondes à ce trio et à Andreas Leknessund qui en perd 34 mais le Norvégien conserve de justesse son maillot rose.
Étape vallonnée
Italie
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Lars van den Berg (Groupama-FDJ) : non-partant (malade)
Filippo Ganna (Ineos Grenadiers) : non-partant (positif au Covid-19)
Florian Stork (Team DSM) : abandon
