Drie Belgen (Bakelants, Gilbert en Hoste) stortten zich na 17 kilometer met 15 anderen in een vroeg avontuur in de voorlaatste rit. Omega Pharma-Lotto, dat met Péraud ook nog een vierde renner in de kopgroep had, zorgde voor een maximale voorsprong van meer dan vier minuten.
Bakelants was de laatste Belg die voorin overbleef, maar op zeven kilometer van de finish op de steile Bola del Mundo werden laatste de vluchters gegrepen.
Schleck gooide de knuppel in het hoenderhok, Mosquera nam over en deed een gooi naar de eindzege. Leider Nibali moest bij de tweede prik lossen en zag Mosquera meter per meter wegrijden.
De Italiaan plooide op de steile flanken, maar kraakte niet. Nibali kwam in de laatste kilometer weer aansluiten en behield zijn rode trui, Mosquera kon zich troosten met de ritzege.
Nibali begint zondag met een voorsprong van 41 seconden aan de slotrit naar Madrid.
Nibali: "Nu sta ik naast de toppers"
Vincenzo Nibali kon zijn tranen niet bedwingen na de finish. "Dit is een heel belangrijke overwinning. Met deze eindzege sta ik nu naast de toprenners. Ik heb daar altijd van gedroomd", zei hij.
"Mosquera was heel sterk vandaag, maar ik ben kalm gebleven", zei Nibali. "Ik had de steun van mijn sterke ploeg en ik wist dat ik Mosquera aankon. Ik heb een goeie beklimming gereden."
Mosquera zette alles op alles. "Ik heb aangevallen om de Vuelta te winnen en niet de rit. Maar Nibali kraakte niet en ik kon de tijdsverschillen niet horen door het lawaai. Maar eindelijk heb ik mijn ritzege beet", zei de Spanjaard.
Uitslag rit 20
| 1. | Ezequiel Mosquera (Spa) | 172 km in 4u45'30" |
| 2. | Vincenzo Nibali (Ita) | op 1' |
| 3. | Joaquim Rodriguez (Spa) | 21" |
| 4. | Fränk Schleck (Lux) | 35" |
| 5. | Xavier Tondo (Spa) | 39" |
| 6. | Nicolas Roche (Ier) | 42" |
| 7. | Mikel Nieve (Spa) | 50" |
| 8. | Peter Velits (Svk) | 52" |
| 9. | Christophe Le Mevel (Fra) | 55" |
| 10. | Rémy Di Gregorio (Fra) | 1'00" |
| 11 | Carlos Sastre (Spa) | 1'27" |
| 12 | Oscar Pujol (Spa) | 1'30" |
| 13. | Hubert Dupont (Fra) | z.t. |
| 14. | Josep Juffre (Spa) | 1'32" |
| 15. | Roman Kreuziger (Tsj) | z.t. |
| 16. | Luis Leon Sanchez (Spa) | |
| 28. | Jurgen Van Goolen | 4'02" |
| 35. | Jan Bakelants | 4'49" |
| 44. | Nico Sijmens | 6'54" |
| 53 | Kevin De Weert | 9'01" |
| 58. | Gianni Meersman | 10'00" |
| 78. | Greg Van Avermaet | 15'30" |
| 86. | Frederik Willems | 17'55" |
| 88. | Romain Zingle | 18'09" |
| 105. | Philippe Gilbert | 23'07 |
| 106. | Olivier Kaisen | z.t. |
| 107. | Leif Hoste | 23'15" |
| 108. | Nikolas Maes | z.t. |
| 122. | Nick Nuyens | 29'56" |
| 146. | Wouter Weylandt | 30'06" |
