Kolumbijczyk zwycięstwo etapowe, a także koszulkę lidera wyścigu, zawdzięcza zdecydowanej akcji na 2 kilometry przed metą, kiedy to zostawił rywali z niewielkiej grupki faworytów i minął atakującego wcześniej Simona Spilaka (Katiusza-Alpecin), by samotnie zameldować się na mecie. Kolarz Movistar finiszował 18 sekund przed Geraintem Thomasem (Team Sky) i wystarczyło to do objęcia prowadzenia w klasyfikacji generalnej.
Na dzisiejszym etapie, kończącym się podjazdem pod Terminillo, większość czasu na czele spędziła szóstka uciekinierów, która swoją akcję rozpoczęła krótko po starcie i która uciekała niemalże do podnóża finałowego, 16-kilometrowego podjazdu, po drodze notując przewagę sięgającą ponad 10 minut.
Peleton, który prowadzili kolarze BMC Racing Team, odpowiednio zaplanował swoją pracę i ostatni z uciekinierów – Davide Ballerini (Androni Giacatolli) – został doścignięty chwilę po rozpoczęciu podjazdu i wtedy też nastąpił kolejny atak piątki kolarzy, w której był także Michał Kwiatkowski (Team Sky). Potem Polak przez kilka kilometrów uciekał wraz z Jonathanem Castroviejo (Movistar) i Simonem Spilakiem (Katiusza-Alpecin).
Tempo w peletonie, jeszcze wtedy bardzo licznym, nadawali kolarze Bahrain-Merida, lecz przewaga Kwiatkowskiego i jego towarzyszy z ucieczki powoli rosła i na 10 kilometrów przed szczytem wynosiła prawie 40 sekund. Na 7 kilometrów przed metą w czołówce zostali tylko Spilak i Kwiatkowski, a półtora kilometra dalej Rosjanin zostawił kolarza Team Sky za plecami.
W peletonie, z kolei, sygnał do ataków dał Tom Dumoulin (Team Sunweb) i po jego akcjach utworzyła się grupa faworytów, w której byli Quintana, Geraint Thomas (Team Sky), Adam Yates (Orica-Scott) i Rigoberto Uran (Cannondale-Drapac). Odpadający Kwiatkowski został jeszcze chwilę, by pomóc swojemu liderowi, lecz gdy faworyci zaczęli atakować, Polak został z tyłu.
Kilka przyspieszeń rozerwało czołówkę, a decydujący moment przyszedł na dwa kilometry przed metą, gdy Quintana zostawił trójkę rywali i szybko minął Spilaka, samotnie zmierzając w kierunku mety. Kolumbijczyk zdołał wypracować sobie bezpieczną przewagę, która na mecie urosła do 18 sekund, dzięki czemu też objął prowadzenie w klasyfikacji generalnej i o 33 sekundy wyprzedza Yatesa i o 56 Thibaut Pinot (FDJ).
Wyniki 4. etapu:
1 Nairo Quintana (Col) Movistar Team 5:27:22
2 Geraint Thomas (GBr) Team Sky 0:00:18
3 Adam Yates (GBr) Orica-Scott 0:00:24
4 Rigoberto Uran (Col) Cannondale-Drapac
5 Simon Spilak (Slo) Katusha-Alpecin 0:00:29
6 Tom Dumoulin (Ned) Team Sunweb 0:00:41
7 Domenico Pozzovivo (Ita) AG2R La Mondiale
8 Mikel Landa (Spa) Team Sky
9 Thibaut Pinot (Fra) FDJ 0:00:46
10 Primoz Roglic (Slo) Team LottoNl-Jumbo 0:00:51
Klasyfikacja generalna po 4. etapie:
1 Nairo Quintana (Col) Movistar Team 16:34:46
2 Adam Yates (GBr) Orica-Scott 0:00:33
3 Thibaut Pinot (Fra) FDJ 0:00:56
4 Jonathan Castroviejo (Spa) Movistar Team 0:01:01
5 Rohan Dennis (Aus) BMC Racing Team 0:01:06
6 Tom Dumoulin (Ned) Team Sunweb 0:01:19
7 Primoz Roglic (Slo) Team LottoNl-Jumbo
8 Geraint Thomas (GBr) Team Sky 0:01:23
9 Daniel Moreno (Spa) Movistar Team 0:01:27
10 Domenico Pozzovivo (Ita) AG2R La Mondiale 0:01:29