È Michal Kwiatkowski, campione polacco in forza all'Omega Pharma Quickstep, il vincitore dell'8a edizione della Strade Bianche. La corsa ha visto subito in fuga quattro uomini: Andrea Fedi, Marco Frapporti, Davide Frattini ed Angelo Pagani. Dopo lo sterrato di Monte Sante Marie s'è formato in testa un gruppo con Sagan, Pellizotti, Cunego, Ulissi, Golas, Kwiatkowski, Poels, Trentin, Urán, Barguil, Dumoulin, Geschke, Preidler, Vicioso, Puccio, Stannard, Bennati, Juul Jensen, Kreuziger, Cancellara, Pagani, Valverde e Amador.
Ultimo tratto sterrato, quello delle Tolfe, superato dalla coppia di testa, Peter Sagan e Michal Kwiatkowski, partiti dopo il tratto di Montaperti. La coppia di testa, quando mancano 11 km al traguardo di Piazza del Campoha 1'31" sul gruppo formato da Pellizotti, Evans, Cunego, Ulissi, Golas, Poels, Trentin, Urán, Barguil, Dumoulin, Geschke, Preidler, Vicioso, Puccio, Stannard, Bennati, Juul Jensen, Kreuziger, Cancellara, Pagani e Amador. Valverde (inseguito da Cunego, Cancellara e Kreuziger) attacca sulle Tolfe e si porta a 54" da Sagan e Kwiatkowski.
Dopo lo sterrato di Monte Sante Marie si forma in testa un gruppo contenente: Sagan, Pellizotti, Evans, Cunego, Ulissi, Golas, Kwiatkowski, Poels, Trentin, Urán, Barguil, Dumoulin, Geschke, Preidler, Vicioso, Puccio, Stannard, Bennati, Juul Jensen, Kreuziger, Cancellara, Pagani, Valverde e Amador. A 28 km dal termine questi uomini vantano 1'02" sul primo gruppo inseguitore ma scatta in testa Matteo Trentin. Al suo inseguimento, Cadel Evans, Andrey Amador, Ian Stannard, Simon Geschke ed Ángel Vicioso. Dopo lo sterrato di Montaperti scatta Peter Sagan.
A due giri dal termine (33.2 km ancora da percorrere) Giovanni Visconti si trova in testa alla corsa con il solo polacco Bartosz Huzarski, primo a partire stamane e con oltre 200 km di fuga nelle gambe. Visconti ha raggiunto Huzarski dopo Via Salviati, mentre il gruppo, sempre tirato dal Belgio di Philippe Gilbert, vede nelle primissime posizioni, tra gli altri, Luca Paolini e Filippo Pozzato. Dopo Via Salviati una caduta coinvolge proprio Luca Paolini, Vincenzo Nibali e Michele Scarponi (che si riunisce al gruppo). Il plotone deve recuperare in 33 km 1'07" a Visconti ed Huzarski.
Quando mancano 49.8 km al termine del Campionato del Mondo (3 giri) attacca Gautier su Fiesole. È Giovanni Visconti a seguire il transalpino. In testa troviamo sempre Bartosz Huzarski e Jan Barta, con Georg Preidler e Wilco Kelderman a 17", mentre Cyril Gautier e Giovanni Visconti si trovano a 29". Il gruppo tirato dal belga Vansummeren è a 1'44". Iniziano gli ultimi tre giri.