Alle aanvallers hadden de vijftiende etappe met rood omcirkeld in het routeboek. Met vijf beklimmingen van derde categorie was de etappe niet extreem moeilijk, maar in combinatie met de lange afstand (230,8 kilometer) en het flinke aantal hoogtemeters (meer dan 4.000) was de kans groot dat een kopgroep weg zou blijven. Onder anderen Pim Ligthart en Jetse Bol lieten zich in de beginfase zien, maar zonder succes. De etappe was overigens iets eerder gestart dan vooraf gepland in verband met de felle tegenwind en slechte weersomstandigheden.

In de afdaling van San Amaro, de eerste klim van de dag, ontstond er een kopgroep. Tien renners kregen later gezelschap van drie achtervolgers, waardoor er uiteindelijk dertien renners aan de leiding kwamen te rijden. Belangrijkste namen: bergkoning Guillaume Martin, oud-wereldkampioen Rui Costa, tweevoudig ritwinnaar Tim Wellens en de sterke sprinter Alex Aranburu. Maximaal kregen ze een voorsprong van 5.30 minuten, maar daarna zetten de mannen van Bora-hansgrohe zich op kop van het peloton en liep de voorsprong rap terug.

Nadat Wellens zich liet terugzakken bleven er vooraan twaalf renners over. In aanloop naar de slotklim Alto de Padornelo brak de kopgroep in stukken door een versnelling van Mattia Cattaneo. De Italiaan van Deceuninck-Quick Step verzamelde direct een mooie voorsprong op zijn mede-aanvallers en begon met een marge van bijna twee minuten aan de laatste klim van de dag. In de achtervolgende groep was het vet van de soep na meer dan 200 kilometer fietsen onder slechte weersomstandigheden.

In het peloton was de samenwerking ook niet optimaal, dus kon Gino Mäder zonder problemen wegrijden. De Zwitser haalde binnen een mum van tijd de achtervolgende groep in en maakte al gauw een halve minuut goed op Cattaneo. De winst leek echter binnen handbereik voor Cattaneo, maar in de laatste tien kilometer gaf hij een voorsprong van een minuut toch nog uit handen. De moegestreden Italiaan kon in zijn eentje niet opboksen tegen de felle tegenwind. Met nog vier kilometer te gaan zat zijn aanval erop en moet Deceuninck-Quick Step nog even wachten op de honderdste overwinning in een grote ronde.

Het draaide na een loodzware etappe toch op een sprint uit in Puebla de Sanabria. Jasper Philipsen ging op het juiste moment aan en versloeg Yannick Steimle en Pascal Ackermann. Voor de nog maar 22-jarige Belg is het zijn grootste overwinning uit zijn carrière. Philipsen won eerder dit jaar onder andere de openingsetappe in de BinckBank Tour. Voor België is het al de derde etappezege in de Vuelta. Tim Wellens mocht al tweemaal het zegegebaar maken. 

Het klassement blijft hetzelfde: Roglic verdedigt een voorsprong van 38 seconden op Richard Carapaz en 47 seconden op Hugh Carthy. Wout Poels blijft zesde. Zondag eindigt de Vuelta in Madrid.