L'edizione numero 110 del Lombardia si presenta come una delle più dure della storia, con ben sette salite prima del grande epilogo a Bergamo. La prima ora di corsa è affrontata a un ritmo indiavolato con vari tentativi di attacco andati a vuoto. I primi a muoversi sono Gert Dockx (Lotto Soudal), Gianfranco Zilioli (Nippo - Vini Fantini) e Roman Kreuziger (Tinkoff) ma questo terzetto non ha successo al pari della coppia Sonny Colbrelli (Bardiani - CSF) e Zdenek Stybar (Etixx - Quickstep) che vengono ripresi da un gruppo allungatissimo quando mancano 188 km al traguardo. Sulla prima ascesa di giornata, il mitico Ghisallo, riescono a sganciarsi in quattro: Damiano Caruso (BMC Racing Team), Mikael Cherel (AG2R La Mondiale), Stefan Denifl (IAM Cycling) e Rudy Molard (Cofidis, Solutions Crédits). Questo quartetto guadagna rapidamente oltre 7 minuti di margine sul plotone, che supera le successive asperità di Colle Brianza e Valcava senza particolari sussulti. Intanto davanti sono rimasti in due, Caruso e Moinard, che nella discesa del Valcava hanno un vantaggio di 47" su Cherel che insegue cercando di riportarsi sotto prima che sia troppo tardi, il gruppo insegue a 3'16". La bagarre si accende sul successivo Berbenno, con Caruso che rimane attardato per un problema meccanico, ma che, prima della successiva ascesa, rientra sul battistrada. Dietro la FDJ impone un ritmo impossibile da seguire per vari atleti. Ai -62 poi, quando la carovana è impegnata sull'inedita salita di Sant'Antonio Abbandonato, Caruso stacca Molard, mentre alle sue spalle il gruppo riprende in breve tutti i contrattaccanti. Dal gruppo principale prova a uscire Mamykin (-60 all'arrivo) e ai -58 escono anche Gesink, Diego Rosa, Visconti, Latour e altri atleti che si riportano su Mamykin. In questa fase assistiamo alle prime defaillance con la coppia Etixx formata da Martin e Alaphilippe che alza bandiera bianca insieme al secondo classificato del 2015, Dani Moreno. Si staccano anche Landa, Pozzovivo e Fuglsang. Ai -53 la situazione vede Caruso in testa con 1'14" di margine su Molard, a 2'15" un gruppetto con Gesink, Rosa, Bardet e Chavez, distaccati di pochi secondi Brambilla e Aru, che però riescono a rientrare insieme ad altri. Inizia la scalata a Miragolo San Salvatore, altra asperità inserita per la prima volta nel percorso del Lombardia. Davanti a tutti uno stoico Damiano Caruso. A 1'30'' c'è l'ex battistrada Amael Moinard che è stato raggiunto dal contrattaccante Pierre-Roger Latour (AG2R La Mondiale); poco più indietro prova a inseguire anche David De La Cruz Melgarejo (Etixx - Quickstep). Dietro di loro, a una ventina di secondi, il gruppo con i migliori: Aru, Bardet, Brambilla, Chaves, Valverde, Rosa, Villella, Barguil. Poco più attardato Rigoberto Uran. Ai -45 raggiunti Latour, De La Cruz e Moinard dal gruppo dei big, suoi quale è rientrato da dietro anche Rigoberto Uran, splendida ma dispendiosa la sua azione. Una quindicina di atleti compongono il gruppo principale; per i colori azzurri presenti Fabio Aru, Diego Rosa, Giovanni Visconti, Gianluca Brambilla, Davide Villella, e Alessandro De Marchi. Gli altri: Torres Agudelo, De la Cruz, Latour, Bardet, Valverde, Chaves, Uran, Gesink e Barguil. In testa agli inseguitori Villella che tira per il capitano Uran; ai -42 raggiunto e superato il bravissimo Caruso, mentre si stacca anche De la Cruz. Al comando si alterna con Villella anche Diego Rosa ma il gruppetto scollina compatto. Tutto rimandato all'ultima salita di oggi, il Selvino. Appena la strada inizia ad impennarsi il favorito numero 1, Johan Chaves, allunga seguito dai soli Romain Bardet e Rigoberto Uran. Dietro Fabio Aru fatica e dopo qualche attimo di impasse lascia carta bianca al proprio compagno  Diego Rosa. Il piemontese è costretto ad una nuova sfacchinata per rientrare sul terzetto al comando, ma il suo inseguimento ha successo in vista dello scollinamento. I battistrada arrivano nell'abitato di Selvino (-27 all'arrivo). Adesso 10 chilometri di discesa, 10 di pianura e poi lo spettacolo a Bergamo. A questo punto la corsa sembra decisa: nel gruppo inseguitore Aru, Villella e Bakelants non tirano in virtù della presenza di un compagno ciascuno in testa, e solo i due Movistar Alejandro Valverde e Giovanni Visconti tentano inutilmente di inseguire. Il vantaggio dei battistrada oscilla fra i 35 e i 45 secondi. Al termine della discesa i 4 battistrada hanno perso qualcosa: 28'' il loro margine. Dietro però sta tirando il solo Visconti che ai -12 alza bandiera bianca. I quattro fuggitivi si giocheranno il Lombardia negli ultimi chilometri nel centro di Bergamo; sul muro in pavé della Boccola (-4 all'arrivo) provano lo scatto prima Rosa e poi Chaves. Ai -2 se ne vanno Chaves e Uran, piantato Romain Bardet, soffre ma prova a resistere Diego Rosa. Ultimi 2000 metri, sono in discesa i tre davanti: Uran, Chaves, Rosa. Prima dell'ultimo chilometro prova l'attacco Rosa ma i due colombiani non si fanno sorprendere. Ancora Rosa, sapendo di partire battuto, anticipa i tempi partendo a 400 metri dall'arrivo e approcciando in testa il rettilineo finale; Johan Chaves calcola meglio di tutti i tempi superando con un colpo di reni il piemontese, terzo è Rigoberto Uran, quarto Bardet e quinto Villella che anticipa gli inseguitori.