Le départ de la course a lieu à Gap dans le département des Hautes-Alpes. Les coureurs prennent alors la direction du nord par la « route Napoléon » en direction du département de l'Isère atteint près du lac du Sautet.
Pierre Rolland attaque dès le premier kilomètre de cette deuxième étape alpine. Il est rejoint par Joaquim Rodriguez (second derrière Chris Froome au classement du maillot à pois) et Julian Arredondo puis d'autres hommes en contre-attaque, l'échappée se fixant à 29 coureurs : Fuglsang (Astana), Bardet, Bakelants, Riblon (AG2R), Pinot (FDJ), Kreuziger, Rogers (Tinkoff), Anacona, Castroviejo (Movistar), Caruso, Dennis (BMC), De Gendt (Lotto-Soudal), Preidler (Giant), Rodriguez (Katusha), Matthews, S.Yates (Orica), Rolland, Gautier, Sicard, Voeckler (Europcar), Arredondo, Jungels (Trek), Plaza (Lampre), Talansky, Martin (Cannondale-Garmin), Clement (IAM), Barta (Bora) et Pauwels (MTN). Un groupe de 11 coureurs (Fuglsang, Bardet, Anacona, Caruso, Rodriguez, Rolland, Gautier, Jungels, Talansky, Hesjedal et Pauwels) se détache dans le col du Glandon tandis que le peloton maillot jaune est lui aussi réduit, à 19 coureurs. Sur une accélération de Pierre Rolland, Romain Bardet et Winner Anacona utilisent leurs qualités de grimpeurs pour passer en tête le sommet, alors que Jakob Fuglsang a chuté à cause d'une moto. Barguil, Contador puis Nibali attaquent Chris Froome dans ce long col mais le regroupement a lieu sous l'impulsion de Geraint Thomas, coéquipier du maillot jaune. Dans la descente du Glandon, Bardet lâche Anacona et poursuit son effort, et il s'attaque aux lacets de Montvernier avec 45 secondes d'avance sur ses huit poursuivants directs, Fuglsang, Anacona, Caruso, Rolland, Gautier, Jungels, Talansky et Pauwels. Bardet résiste à ce groupe de chasse et remporte sa première étape sur la « grande boucle », 33 secondes avant Pierre Rolland, tandis que les leaders du classement général se neutralisent et arrivent trois minutes après lui. Grâce à cette victoire, Bardet monte à la dixième place du classement général, aux dépens de Warren Barguil[3].