Het was een heuvelachtig parcours van 160,5 km met aankomst bergop. De start lag in Vittel. Vanaf daar werd eerst een gedeelte door de Haute-Saône gereden, waarna het peloton de Vogezen in trok. Hier waren twee beklimmingen: de Côte d'Esmoulières van de derde categorie en de Planche des Belles Filles van de eerste categorie waar op de top ook de finish lag. In Faucogney was een tussensprint.
Tijdens de beklimming van Côte d'Esmoulières zette Voeckler aan in de kopgroep, waardoor eerst Delage, daarna De Gendt afvielen. Bakelants viel kort voor de top aan en pakte de twee punten voor de bolletjestrui. Hij bleef nog enige tijd solo doorrijden, maar werd toch door de andere vijf rijders bijgehaald.
Al voor het officiële begin van de slotklim was het Gilbert die aanviel, alleen Bakelants kon volgen. Achter hen joeg Michal Kwiatkowski het peloton aan in dienst van Team Sky, waardoor vele rijders moesten achterblijven. Nadat Gilbert en Bakelants waren bijgehaald, en het peloton tot 40 man was uitgedund, name Mikel Nieve het kopwerk van hem over. Fabio Aru ontsnapte later uit de groep. Nadat Chris Froome zelf aanging konden nog maar weinigen volgen. Uiteindelijk bleef hij met slechts Richie Porte, Daniel Martin en Romain Bardet over, hoewel Alberto Contador en Simon Yates alsnog konden terugkomen. Tegen Aru kon echter ook hij niet op, en Aru won de etappe met zestien seconden voorsprong op Martin, en twintig op Froome en Porte. Froome nam hierdoor de gele trui over van zijn ploeggenoot Geraint Thomas terwijl Aru naar de derde plaats klom in het algemeen klassement.
N.b.: in tegenstelling tot voorgaande jaren werden bergpunten op aankomsten bergop enkel bij beklimmingen van de buitencategorie verdubbeld. Punten op de Planche des Belles Filles werden zodoende niet verdubbeld, want deze was als eerste categorie beoordeeld.