Il percorso della quarta tappa della Vuelta di Spagna, la Estepona - Vejer de la Frontera, di 209,6 km prevedeva che la bagarre si sarebbe accesa nel finale. Le maggiori emozioni infatti si sono vissute negli ultimi 4 km di corsa. La tappa era partita alle 12.29 e subito al km 0 registrava una fuga di 6 uomini: Mickael Delagè della Francais des Jeux, Bert Jan Lindeman della Lotto Jumbo, Nikolas Maes della Quick Step, Jimmy Engoulvent della Europcar, Kristijan Durasek della Lampre Merida, Markel Irizar della Trek.
Gli attaccanti hanno avuto al trentesimo chilometro un vantaggio massimo di 13'30'' sul gruppo. Al chilometro 175 c'è stato lo spint intermedio di Chiclana de la Frontera, con la seguente classifica: primo Delage, secondo Durasek, terzo Irizar. La fuga iniziale si è poi ridotta a soli 2 uomini, che sono stati ripresi a 11 km dal traguardo. L'ultimo ad arrendersi è stato Irizar.
A 4 km dall'arrivo è iniziata l'ascesa verso Vejer de la Frontera. A scandire il ritmo in testa al gruppo ci hanno pensato gli uomini della Movistar. Il primo a muoversi è stato il belga della Lotto Soudal Tosh Van Der Sande. Quest'ultimo però si è piantato quasi subito, venendo raggiunto e superato dallo spagnolo della Caja Rural Pello Bilbao, vincitore quest'anno di una tappa al Giro di Turchia. E' stato ripreso dal gruppo lo stesso Bilbao. A 1,9 km dall'arrivo è scattato il campione olimpico di Pechino 2008, lo spagnolo della Bmc Samuel Sanchez. Alla sua ruota si è portato immediatamente l'irlandese della Sky Nicholas Roche.
I 2 però non sono riusciti a fare il vuoto, subendo il ritorno di Alejandro Valverde. Quest'ultimo con un finale di potenza è riuscito a imporsi, contenendo il tardivo tentativo di rimonta di Peter Sagan. L'altro spagnolo della Katusha Dani Moreno è giunto terzo, quarto lo stesso Nicolas Roche e quinto il portoghese Goncalves. In classifica generale il colombiano Chaves conserva la leadership con 5'' di vantaggio su Tom Dumoulin e 12'' su Nicolas Roche.