Longue de 174,2 kilomètres, cette étape propose un final accidenté, similaire à celle vers Boulogne-sur-Mer sur la 2e étape. Les cent premiers kilomètres en Picardie ne proposent pas de difficulté particulière, le parcours se corse à l'approche des boucles de la Seine, où se situent les cinq principales difficultés. La première ascension répertoriée intervient à près de cinquante kilomètres de l'arrivée, avec la côte Jacques Anquetil (3,5 km à 3,6 %, 4e catégorie, km 128,2), sur les hauteurs de Romilly-sur-Andelle, en souvenir du premier quintuple vainqueur du Tour, le plus célèbre des cyclistes normands, né à Mont-Saint-Aignan. S'ensuit le sprint intermédiaire de Belbeuf (km 143,3), situé au lieu-dit Saint-Adrien, placé au pied de la chapelle Saint-Adrien de Belbeuf, édifice troglodytique qui surplombe la Seine incrustée dans les célèbres falaises de craie normandes. C'est d'ailleurs dans ce hameau qu'Anquetil possédait une propriété[2].
Après le sprint intermédiaire, les ascensions s'enchainent sans répit. D'abord, la côte de Belbeuf (1,3 km à 9,1 %, 3e catégorie, km 146,6), via le chemin de la Poterie, se présente aux coureurs. Le final, sur des routes étroites et sinueuses avec un mobilier urbain important, peut rendre nerveux le peloton lors de son entrée dans l'agglomération de Rouen. La côte de Bonsecours (900 m à 7,2 %, 4e catégorie, km 154,4), dont le pied se prend à près de 180 degrés, permet de se remémorer l'épisode de Jean Robic en 1947, seul vainqueur du Tour à n'avoir jamais porté le maillot jaune de tout le parcours avec Jan Janssen en 1968, dont une stèle à son effigie se trouve au sommet. Les quinze derniers kilomètres sont composés de deux ascensions : la côte de la Grand'Mare (1,8 km à 5 %, 4e catégorie, km 162,1) et la rampe Saint-Hilaire (800 mètres à 10,6 %, 3e catégorie, km 169). La descente s'opère par la route de Neufchâtel, puis le parcours dans le centre-ville de Rouen est le suivant[3] : boulevard de l'Yser, boulevard de la Marne, rue Jeanne d'Arc, rue Jean Lecanuet, place du Général de Gaulle, rue Louis Ricard, rue Sainte-Marie, puis boulevard de l'Yser. La ligne d'arrivée est tracée au bout d'une ligne droite de 200 mètres, au niveau de la place du Boulingrin, au carrefour avec l'avenue de la Porte des Champs.