A hegyi etapon bukott az összetettben élen álló Thomas Voeckler, új kerékpárral azonban folytatni tudta a küzdelmet, s végül 50 másodperces hátránnyal zárt. 

176 versenyző rajtolt el a Cugnaux és Luz Ardiden közötti hegyi szakaszon, amelyen rögtön hat versenyző meglépett a többiektől: José Ivan Gutierrez (Movistar), Blel Kadri (Ag2r), Laurent Mangel (Saur-Sojasun), Rubén Pérez Moreno (Euskaltel), Jeremy Roy (FDJ) és Geraint Thomas (Sky) már viszonylag korán kétperces előnyre tettek szert.

A szökevények hamar öt perc környékére növelték előnyüket, míg az összetettben élen álló Thomas Voeckler a mezőny elején haladt, amelyet a Cofidis és az Europcar vezetett. A szakasz érdekessége, hogy a Tour mezőnye Lance Armstrong balesete óta először fut be újra Luz Ardidenben.

Az étkezési zóna elérésénél a mezőny hátránya több mint nyolc perc volt a szökevényekkel szemben. A 12. etap sprinthajrájában a szökevények után Mark Cavendish ért oda először köszönhetően csapata, a HTC-Highroad remek munkájának, így a brit kerekes továbbra is élen áll a pontversenyben.

A sprinthajrá után a szökevények előnye folyamatosan csökkent, a hegyi szakaszok tovább nehezítették dolgukat, ráadásul hárman utánuk eredtek: Johnny Hoogerland, Sylvain Chavanel és Roman Kreuziger. Az első hegyi hajráért járó pontokat Mangel gyűjtötte be, aki megelőzte Morenót és Kadrit. Thomas időközben bukott, de folytatni tudta a versenyt.

Mintegy 55 kilométerrel a befutó előtt tömeges bukás történt: Voeckler és többek között Klöden is elesett. A sárga trikót viselő versenyző új kerékpárral folytatni tudta a szakaszt, a német kerekes szintén továbbhaladt. A Leopard Trek haladt a mezőny élén.

Alberto Contador a mezőny közepén hajtott, több csapattársa is leszakadt, míg Andy Schleck kerékproblémával küzdött, de fel tudott zárkózni. Cadel Evans és Voeckler is az élmezőnyben tekert, csakúgy, mint Ivan Basso és Levi Leipheimer is.

A szakasz egy 13.3 kilométeres hegyi befutóval ért véget, amely átlagosan 7.4 százalékos emelkedőt jelentett. Thomas és Roy el tudtak szakadni a többiektől, előnyük kicsivel több mint másfél perc volt a mezőnnyel szemben.

Mintegy hat kilométerrel a cél előtt Roy és Thomas is lemaradt, ellenben Samuel Sánchez González és Jelle Vanendert meglépett, és több mint egyperces előnyre tettek szert. A mezőny elején a végső győzelemre is esélyesek haladtak Fränk Schleck vezérletével.

A luxemburgi a hajrában a szökevények után eredt, nem tudta azonban befogni őket, így a harmadik helyen végzett. A szakaszt Sánchez nyerte meg, a második Vanendert lett. Voeckler 50 másodperces hátránnyal ért célba, így megtartotta a sárga trikót. A címvédő Alberto Contador 43 másodperces hátránnyal zárt. Cadel Evans, Ivan Basso és Andy Schleck egyaránt félperces hátránnyal fejezték be a szakaszt, így a spanyol hátránya tovább nőtt összetettben.