De zestiende etappe over een heuvelachtig parcours begon met de vorming van een grote kopgroep met daarin de NederlandersWilco Kelderman en Pieter Weening. Deze kopgroep kreeg echter weinig ruimte van het peloton en op de laatste klim werden ze bijgehaald door de groep favorieten. Deze groep was stevig uitgedund op de laatste klim en daardoor zagen de EstTanel Kangert, SpanjaardBeñat Intxausti, PoolPrzemysław Niemiec en NederlanderRobert Gesink mogelijkheden. Na verschillende pogingen om te ontsnappen vonden deze vier uiteindelijk elkaar. Renners als de ColombiaanRigoberto Urán en ItaliaanMichele Scarponi, die ook probeerden aan te vallen, kregen geen ruimte van de Italiaanse rozetruidrager Vincenzo Nibali. Toen eenmaal de kopgroep, met voor Nibali ongevaarlijke mannen, ontsnapt was, mochten deze rijden voor de dagzege. In de laatste twee kilometer voor de streep kreeg de NederlanderRobert Gesink pech. Zijn ketting sprong af op een kasseiweg. Hij kon daarom niet meestrijden om de dagzege. Hij kreeg wel dezelfde tijd kreeg als de kopgroep.[1] Zijn drie medevluchters streden om de dagzege. Uiteindelijk was het de SpanjaardBeñat Intxausti die de sterkste benen had, voor de EstTanel Kangert en de PoolPrzemysław Niemiec.
In het algemeen klassement houdt de ItaliaanVincenzo Nibali de touwtjes in handen, door zijn directe concurrenten niet te laten ontsnappen. De nummer twee is na de zestiende etappe nog steeds de AustraliërCadel Evans met een achterstand van één minuut en zesentwintig seconden. De ColombiaanRigoberto Urán rijdt op de derde plaats met een achterstand van twee minuten en zesenveertig seconden. Robert Gesink, de beste Nederlander, stijgt, mede door zijn goede tijd en het wegvallen van concurrenten, naar de tiende plaats met een achterstand van zeven minuten en vierentwintig seconden. De beste Belg, Francis De Greef, verloor tijd maar stijgt toch twee plekken naar de eenentwintigste plaats met een achterstand van eenentwintig minuten en vierenvijftig seconden.
Valloire – Ivrea 
Beñat Intxausti
Tanel Kangert
Przemysław Niemiec
Ramūnas Navardauskas
Cadel Evans
Franco Pellizotti
Carlos Alberto Betancur
Robert Gesink.svg){kind=small}
Francis De Greef
.svg){kind=small}
· 
· 