La sortida es fa a Tomblaine, prop de Nancy, a Meurthe i Mosel·la. El recorregut va en direcció sud-est, per entrar al departament dels Vosges cap als 50 km d'etapa. L'esprint del dia es troba a Gérardmer, al km 103,5, als peus del primer port del dia, el coll de Grosse Pierre, de tercera categoria i situat al quilòmetre 112. Tot seguit la cursa pren direcció sud, al massís dels Vosges. La segona dificultat del dia és el coll de Mont de Fourche, al quilòmetre 150, i també de tercera categoria. Aquest coll és la frontera entre els Vosges, a la Lorena i l'Alt Saona, al Franc Comtat. L'arribada està situada al cim de la Planche des Belles Filles, a 1.035 metres d'altitud. L'ascensió és qualificada de primera categoria, amb 5,9 quilòmetres de llarga i un desnivell mitjà del 8,5%.[1]
Després de la greu caiguda produïda el dia abans eren nombrosos els ciclistes que no prengueren la sortida per culpa de les ferides patides. A banda dels que ja havien anunciat el dia anterior que no prendrien la sortida, els que al final no van sortir són: Ryder Hesjedal (Garmin-Sharp),[2] vencedor del recent Giro d'Itàlia, lesionat en un maluc i una cama; el seu company Robert Hunter, ferit a les vèrtebres; Hubert Dupont, amb un esquinç al turmell; Iván Gutiérrez (Movistar Team), ferit al genoll; Amets Txurruka, amb fractura de clavícula.[3][4]
Jurgen van den Broeck (Lotto-Belisol, Alejandro Valverde (Movistar Team) i Robert Gesink (Rabobank ProTeam) tingueren dificultats en aquest punt per seguir el grup dels favorits, perdent més d'un minut al final de l'etapa. Sørensen i Albasini foren els darrers a ser agafats del grup d'escapats, quan quedaven uns 5 km per a l'arribada. El fort ritme imprès per l'Sky va fer que el grup dels favorits es reduís a marxes forçades, quedant sols cinc ciclistes al pas pel darrer quilòmetre: Wiggins i el seu company d'equip Chris Froome, Cadel Evans (BMC Racing Team), Vincenzo Nibali (Liquigas-Cannondale) i Rein Taaramäe (Cofidis). Evans fou el primer a atacar, però Froome el superà en el darrer i més costerut tram de la pujada, per guanyar l'etapa amb dos segons sobre Evans i Wiggins. Amb Fabian Cancellara (RadioShack-Nissan) perdent uns dos minuts a meta, Wiggins passà a ser el líder de la cursa. Froome passà a liderar la classificació de la muntanya gràcies a la seva victòria i Taaramäe aconseguí el mallot blanc.[6][7]