À trois jours de l'arrivée à Madrid, la 17e étape de cette Vuelta conduit les coureurs à la ville fortifiée d'Ávila. Une première difficulté attend le peloton après trente kilomètres de course : la longue ascension (21 km) du Puerto de Mijares, culminant à 1 580 mètres, et classé en 1re catégorie. Vient ensuite le Puerto de Navalmoral. Quatre coureurs ne prennent pas le départ à Talavera de la Reina : Paolo Bettini, László Bodrogi, Stefan Schumacher et Allan Davis.
Dans le groupe des favoris, Carlos Sastre attaque, suivi par Denis Menchov, et avec l'aide, une fois de plus, d'Íñigo Cuesta. La plupart des leaders suivent, à l'exception notable de Vladimir Efimkin, 2e au classement général. En revenant sur les échappés, ils forment un nouveau groupe de tête composé de Sastre et ses coéquipiers Gustov, Sørensen et Vandevelde, Vladimir Karpets, Menchov esseulé, Cadel Evans, Ezequiel Mosquera, Samuel Sánchez, Antón, Pellizotti, Goubert, Dupont, Pérez Rodriguez et Monfort.
Ce groupe passe le Puerto de Navalmoral en tête. Emmené par les CSC et les Euskaltel, il compte, en arrivant à Ávila, près de 3 minutes d'avance sur un peloton emmené lui par les coéquipiers d'Efimkin tentant de combler l'écart afin de maintenir le Russe sur le podium.
En tête, Luis Perez Rodriguez attaque dans la côte pavée longeant les fortifications d'Ávila. Pellizotti tente de le suivre, en vain. Après un circuit d'une dizaine de kilomètres, et un nouveau passage par les pavés, Perez Rodriguez s'impose en solitaire sur cette étape, à trois jours de sa retraite sportive.
Evans règle le sprint du groupe "maillot or" arrivé à 41 secondes de l'Espagnol. Efimkin, arrivé trois minutes plus tard, passe de la 2e à la 5e place au classement général, dépassé par Evans, Sastre et Sanchez. Antón et Karpets gagnent également une place.
Profitant de l'abandon de Bettini, Daniele Bennati est le nouveau leader du classement par points.