Alle 10.32 prendono il via 202 corridori in rappresentanza di 45 nazioni; da percorrere 19 volte un circuito di km 13,8 per un totale di 262,200 km. Nel corso del primo giro, prima caduta della giornata per il russo Guennadi Mikhailov e l'austriaco Peter Wrolich che è costretto al ritiro. Christoph Sokoll (Austria), Matija Kvasina (Croatia), Yukiya Arashiro (Giappone), Andrè Greipel (Germania), Peter Kusztor (Ungheria) e Jan Barta (Repubblica Ceca) si lanciano all'attacco e, al passaggio sotto il traguardo, fanno registrare un vantaggio di 30". Durante il secondo giro, mentre il divario tra i fuggitivi e il gruppo principale cresce sensibilmente, si portano al loro inseguimento il norvegese Frederik Wilman e, a qualche metro di distanza, l'argentino Martin Garrido. Più indietro partono altri quattro corridori: Giovanni Visconti (Italia), Rubens Bertogliati (Svizzera), Borut Bozic (Slovenia) e Olegs Melehs (Lettonia). Sulla salita della Torrazza, i sei attaccanti fanno registrare un vantaggio di 43" sulla nuova coppia Wilman - Garrido e 1'07" sul resto del gruppo che è tornato compatto. Al passaggio sul traguardo, i due inseguitori sono ripresi dal plotone principale. Nella discesa dall'Acqua Fresca (terzo giro), con i soli sei fuggitivi fuori dal gruppo, evadono Gorazd Stangelj (Slovenia), Mauricio Ardila Cano (Colombia), Olegs Melehs (Lettonia), Volodymyr Zagorodny (Ucraina). Al termine del terzo giro è di 31" il distacco dei quattro contrattaccanti, mentre il gruppo è segnalato a più di 3 minuti. Nuova ascesa verso l'Acqua Fresca (quarto giro) e Stangelj, Ardila, Melehs e Zagorodny raggiungono Sokoll, Kvasina, Arashiro, Greiper, Kusztor e Barta. Al passaggio dall'arrivo il loro vantaggio è cresciuto fino a raggiungere i 5'49". Il ritardo del gruppo continua ad aumentare e raggiunge i 6'42" (durante il quinto giro) e supera i 10 minuti al 6° giro. Al settimo giro i dieci fuggitivi transitano con un vantaggio di 9'55". Il gruppo, intanto, inizia a reagire con l'italiano Marzio Bruseghin a condurre. Nel corso dell'ottavo giro il divario continua a ridursi fino ad arrivare a 8'30" al passaggio dalla linea di arrivo. Grazie al lavoro di Marzio Bruseghin, il gruppo continua ad avvicinarsi alla testa della corsa che ora fa registrare un vantaggio di 7'07" (nono giro). Si riduce nuovamente il divario che è di 6'32" al 10° giro. All'undicesimo giro i fuggitivi hanno 5'37" di vantaggio, ma la corsa sta entrando nel vivo. Lungo la discesa dell'Acqua Fresca (12° giro), si sganciano dal gruppo Michele Scarponi e Giovanni Visconti (Italia), Joaquim Rodriguez (Spagna), Greg Van Avermaet e Francis De Greef (Belgio) a cui presto si accodano Alessandro Ballan (Italia), Paul Martens (Germania), Johnny Hoogerland (Olanda) e Michael Albasini (Svizzera). Inizia il 13° giro e al culmine dell'Acqua Fresca, i fuggitivi hanno 3'12" sugli inseguitori e 5'55" sul gruppo. Sulla salita della Torrazza è molto attivo José Rujano (Colombia) che si piazza tra i fuggitivi e il gruppo di inseguitori che nel frattempo è tornato ad essere numeroso.
Al passaggio dal traguardo gli attaccanti fanno registrare un vantaggio di più di 3 minuti sul gruppetto di inseguitori e 4'50" sul plotone principale. Durante il 14° giro, sulla salita verso l'Acqua Fresca, è Michele Scarponi a scandire il ritmo del drappello di inseguitori che in breve riprende Rujano. Intanto l'Australia prende il comando del plotone principale. Visconti e Scarponi continuano a prendere in mano le redini del drappello alle spalle dei fuggitivi che vedono calare il loro vantaggio a 1'55". Il gruppo raggiunge la vetta 3'08" dopo la testa della corsa. Inizia il 15° giro e il plotone principale comandato dall'Australia recupera sempre più terreno. Sul passaggio davanti al traguardo, i fuggitivi ormai stremati hanno 36" sugli inseguitori e 46" sul plotone sempre comandato dall'Australia. Si avvicina il momento del termine della loro avventura. Ripresi gli attaccanti (nel 16° giro), in prossimità della linea del traguardo parte Leonardo Duque (Colombia) con pochi secondi di vantaggio su un gruppetto di inseguitori dove sono presenti anche gli italiani Alessandro Ballan e Luca Paolini. Sulla salita dell'Acqua Fresca l'olandese Johnny Hoogerland riprende e supera il colombiano e si lancia al comando della corsa. L'olandese viene presto ripreso da Joaquim Rodriguez (Spagna). I due, però, vengono riagganciati da altri corridori. Fase concitata della corsa con vari tentativi di fuga. Tra i più attivi anche il Campione del Mondo uscente Alessandro Ballan. Nel 17° giro si forma in testa un gruppetto di attaccanti con Luca Paolini, Alessandro Ballan e il belga Tom Boonen con 1'12" sul plotone principale. Nel 18° giro lo sloveno Gorazd Stangelj tenta di allungare sul primo drappello con lo spagnolo Joaquim Rodriguez, il lussemburghese Kim Kirchen, lo svizzero Oliver Zaugg e l'italiano Luca Paolini vanno a riprenderlo poco dopo. Sulla discesa dell'Acqua Fresta parte come un fulmine Fabian Cancellara che si porta via un gruppetto. Forcing di Luca Paolini sulla salita della Torrazza e il tentativo viene annullato. Alexander Vinokourov scatta al comando subito all'inizio del giro conclusivo; sulla salita dell'Acqua Fresca lo riprendono e lo staccano il russo Alexandre Kolobnev e l'olandese Johnny Hoogerland. I due, però, vengono riagganciati da un gruppetto di cui fa parte il Campione del Mondo a cronometro Fabian Cancellara che parte come un treno seguito a ruota dallo spagnolo Samuel Sanchez. In breve si forma in testa un gruppetto composto da Damiano Cunego (Italia), Philippe Gilbert (Belgio), Samuel Sanchez, Alejandro Valverde e Joaquim Rodriguez (Spagna), Alexandre Kolobnev (Russia), Matti Breschel (Danimarca) e Cadel Evans (Australia). Sulla salita verso la Torrazza parte Evans inseguito da Kolobnev e Rodriguez. Evans scollina con 13" di vantaggio sui due contrattaccanti e 24" su Cancellara, Valverde, Breschel e Cunego. L'australiano, però, è ormai imprendibile e diventa il nuovo Campione del Mondo tagliando il traguardo in solitaria. Klobnev vince la volata a due con Rodriguez ed è ancora secondo in un mondiale. Seguono Sanchez, Cancellara, Gilbert, Breschel e Cunego.