Partenza ufficiale alle ore 10.48. Sin dall'inizio la frazione risulta contrassegnata da scatti e controscatti; al km 23 cinque atleti, Van Hecke (Davitamon), López García, Luengo (Euskaltel), Navarro García (Liberty) e Korff (T-Mobile), incappano in una caduta. Subito dopo (km 25) attacca Calzati (AG2R), presto raggiunto da Scheirlinckx (Cofidis), che scollina in prima posizione sul Gpm di San Marino (Cat. 3, km 42), seguito dallo stesso Calzati e, in gruppo, da Casar. In questo punto il ritardo del gruppo è di 9'55", ma il margine continua ad aumentare (vantaggio massimo al km 80: 17'48"). In questa prima fase di gara, si ritirano quattro corridori: Moreni e Marichal (Cofidis), Bertolini (Selle Italia) e Korff (T-Mobile). Al Traguardo "110 Gazzetta", presso Urbino (km 87), transita in prima posizione Calzati, in seconda Scheirlinckx e in terza Bettini (Quick Step).
Sullo slancio del traguardo volante, Bettini promuove un'azione di contropiede che in breve si arricchisce della presenza di Irizar (Euskaltel), White (Discovery), Efimkin e Horrach (Caisse), Pérez Cuapio e Laverde (Panaria), Bonnet (Crédit), Gilbert e Veikkanen (Française), Petrov, Vila e Valjavec (Lampre), Spezialetti e Wegelius (Liquigas), Peña Grisales (Phonak), Verbrugghe (Cofidis), Gárate (Quick Step), Kolobnev (Rabobank), Mori e Pinotti (Saunier), Missaglia, Illiano, Anzà e Barbero (Selle Italia), Julich e Sorensen (Csc), Ludewig, Kessler (T-Mobile) e Yakovlev (Liberty).
I 30 guadagnano oltre 1' sul gruppo dei migliori. Lungo la salita del Catria (intorno al km 130), Scheirlinckx rimane da solo al comando, mentre alle sue spalle lo inseguono in tredici: Efimkin, Laverde, Verbrugghe, Petrov, Vila, Yakovlev, Wegelius, Peña, Gárate, Mori, Anzà, Sorensen e Kessler. Il gruppo degli inseguitori del battistrada si sgrana man mano che si sale, riducendosi ad otto unità: Efimkin, Verbrugghe, Vila, Yakovlev, Peña, Gárate, Mori e Kessler.
Alle spalle di attaccanti e contrattaccanti, il gruppo viaggia tirato dalla Discovery dell'ex maglia rosa Savoldelli, e Rujano, che ne fa parte, si stacca (per poi riportarsi nel plotone alla fine della discesa). Sul Catria, dove è situato il Gpm di Cat. 1 (km 137), Scheirlinckx passa in prima posizione seguito da Gárate e da Vila.
Inizia la discesa e numerose sono le cadute. Gilbert (Française) è il primo a trovarsi per terra, poi è la volta di Missaglia (per lui, lussazione della spalla), poi Koldo Fernández de Larrea (Euskaltel) finisce al di sotto della strada, e il suo Giro si conclude.
Scheirlinckx si rialza al km 165, per essere riassorbito dai suoi immediati inseguitori, con cui rimane fino alla Salita delle Cesane. I battistrada guadagnano sul plotone fino a 7', finché Liquigas, Csc e Gerolsteiner si attivano per ricucire, e il margine diminuisce. Missaglia prova un'azione personale, resta per un po' tra i fuggitivi e il gruppo, e poi viene ripreso dagli inseguitori al km 177.
A Fossombrone (km 188) è Kessler ad aggiudicarsi il traguardo volante, appena prima che abbia inizio il Cesane. Su questa nuova asperità Scheirlinckx si stacca dai battistrada e nel frattempo scatta Efimkin, il quale guadagna un vantaggio di 15", che gli permette di restare in testa per un paio di km, finché viene ripreso e superato dal drappello di Gárate, prima dello scollinamento. Anche Yakovlev e Kessler si staccano. Sul Gpm del Monte delle Cesane (km 196) si impone Verbrugghe, sul campione nazionale spagnolo e su Vila. Nel plotone (tirato dagli uomini Lampre), si segnala Di Luca in difficoltà che arranca (ma con grinta e determinazione) nelle ultime posizioni, e con lui Rujano, che soffre di problemi di stomaco. In discesa, Yakovolev viene inglobato dal plotone, Efimkin resta a metà strada, Kessler rientra sui primi ma scivola in curva e perde nuovamente contatto. Al comando rimane un quintetto composto da Gárate, Vila, Peña, Verbrugghe e Mori.
Bruseghin, gregario di lusso di Damiano Cunego, prende le redini della situazione ai -15 e le regge per qualche km, riducendo il ritardo del gruppo nei confronti dei battistrada. In testa l'azione decisiva viene sferrata ai -5 da Verbrugghe, il quale guadagna quei 30" che gli permettono di giungere in solitaria al traguardo. Il gruppo rinviene sul resto dei fuggitivi proprio nei metri conclusivi, e Savoldelli (Discovery) è autore di una sparata che brucia le gambe dei più e gli permette di classificarsi secondo, guadagnando abbuoni e rosicchiando posizioni sugli avversari. Il terzo classificato è Luca Mazzanti. La nuova maglia rosa è Honchar, leader del Giro davanti a Savoldelli e Basso.