A Bourg-Saint-Maurice-ból rajtolt szakaszon a mezőnyre 175.5 kilométer és többek között a legendás Alpe d'Huez megmászása várt, amely 30. alkalommal volt befutó helyszíne.
Két kiemelt kategóriás hegy után a záró, mind közül a legnehezebb emelkedőnek Steven Kruijswijk több mint négyperces előnnyel vágott neki az összetett esélyeseit magában foglaló tízfős boly előtt. A folyamatosan szétforgácsolódó csoportból Romain Bardet és a címvédő Chris Froome is támadott, míg Vincenzo Nibali négy kilométerrel a befutó előtt – vélhetően egy nézővel vagy motorossal összeakadva – bukott.
Mintegy három kilométer volt hátra, amikor Kruijswijket befogták, így a döntés az akkor ötfős csoportra maradt, amelyben Bardet és Froome mellett a szintén aktív Tom Dumoulin, az addig meghúzódó Thomas, valamint a többször is leszakadó, majd visszakapaszkodó Mikel Landa tekert.
Thomas az utolsó métereken váltott ritmust, támadását pedig csak Dumoulin tudta átvenni, ám a szakaszgyőzelem – akárcsak szerdán – Thomasé lett. Ezzel a brit kerékpáros lett az első, aki sárga trikósként győzni tudott a Tour emblematikus emelkedőjén. Másodikként Dumoulin, harmadikként Bardet haladt át a célvonalon, az összetettben Thomas előnye az utolsó alpesi szakaszt követően több mint másfél perc csapat- és honfitársa, Froome előtt.
„Az én szememben még mindig Froome a kapitányunk, én pedig csak próbálom élvezni ezt a sikert. Egyszerűen hihetetlen, legmerészebb álmaimban sem gondoltam volna, hogy győzni tudok itt. Ez azok közé az élmények közé tartozik, amelyek egész életemben meghatározóak lesznek” – mondta a 32 esztendős Thomas, aki pályán kétszeres olimpiai és háromszoros világbajnok csapat üldözéses versenyben.
Az emelkedők alaposan szétmorzsolták a mezőnyt, három sprinter is feladta a viadalt: André Greipel, illetve az egyaránt két-két szakaszgyőzelmet arató Dylan Groenewegen és Fernando Gaviria. Ezzel jelentősen megnőtt az esélye a pontverseny megnyerésére Peter Sagannak, mivel vetélytársai közül kedden Marcel Kittel és Mark Cavendish a limitidő túllépése miatt szintén befejezte a viadalt.
Pénteken a Bourg d'Oisans és Valence közötti 169.5 kilométer vár a mezőnyre, amely a jövő vasárnapi párizsi befutóig 3351 kilométert teker a 105. Tour de France-on.