Le peloton va alors revenir à 40 secondes au km 73, puis lâche brutalement du terrain, puisqu'il pointe déjà à 2 minutes 20 s au km 79. À l'entrée de la zone de ravitaillement, le maillot or, victime de maux d’estomac, est contraint de s’arrêter. Lors qu'il repart, il est repris. Le retard du groupe maillot or est de 2 minutes 45 s au deuxième sprint intermédiaire, remporté Steegmans, devant Renshaw et Haussler. À 25 km de l'arrivée, il passe à 3 minutes.
À deux kilomètres du but, Andreas Klier attaque, mais n'empêche pas un sprint au sein du groupe de tête pour la victoire d'étape. Profitant du bon travail de son coéquipier Nikolas Maes, Tom Boonen lance le sprint à 250 mètres de la ligne, et s'impose ainsi pour le 18e fois sur le Tour du Qatar, devançant Heinrich Haussler et Mark Renshaw. Il s'empare également de la tête du classement général, avec 4 secondes d'avance sur Renshaw et 8 secondes sur Fabian Cancellara, et du maillot argent. Le groupe maillot or, composé de 23 coureurs, termine avec 5 minutes 1 seconde de retard. Maes prend la tête du classement du meilleur jeune et le Leopard-Trek de celui par équipe.
Les FDJ et les Garmin-Cervélo vont alors enclencher la poursuite. Au deuxième sprint intermédiaire (km 97,5), remporté par Ghyselinck devant Quinziato et Visconti, l'écart a descendu à 3 min 35 s. Il n'est d'ailleurs plus que de 2 min 05 s à 25 km de l'arrivée et d'une minute 5 km plus loin. Visconti chute à 13 km de la ligne, puis ses compagnons de fuite sont repris au km 126, soit à 8 km de l'arrivée.
Dès le départ, le peloton se scinde en plusieurs groupes, mais se reforme après une vingtaine de kilomètres. Au km 36, Ronan van Zandbeek (Skil-Shimano), Russell Downing (Sky), Stijn Neirynck (Topsport Vlaanderen-Mercator), Alexander Kristoff (BMC Racing), Tanel Kangert (Astana) et Andrew Fenn (An Post-Sean Kelly) s'échappent. Le peloton ne réagit pas, et l'écart, qui est déjà de 3 minutes 15 secondes au km 38, atteint un maximum de 12 minutes 15 secondes, au km 43. Puis, le peloton va enclencher la poursuite, et au 1er sprint intermédiaire (km 52), remporté par Downing devant Kristoff et Van Zandbeek, les 6 hommes de tête n'ont plus que 10 minutes d'avance.
Le peloton va alors exploser. Si les porteurs des 3 maillots distinctifs sont dans le premier groupe, Fabian Cancellara (Leopard-Trek), Mark Cavendish (HTC-Highroad) et Theo Bos (Rabobank), notamment, se retrouvent piégés. Les échappés ne résistent pas à cette passe d'armes, et sont repris au km 100, tandis que le groupe Cavendish-Bos parvient à recoller. Cancellara et une cinquantaine de coureurs sont irrémédiablement distancés. Cinq kilomètres plus loin, 10 coureurs s'extirpent du peloton, mais l'entreprise échoue rapidement.
À un peu plus de 40 km de l'arrivée, Tom Boonen (Quick Step), le maillot or, est victime d'une crevaison, devant laisser partir un groupe d'une trentaine de coureurs. Mark Renshaw, qui revient ainsi à la hauteur d'Haussler au classement général, et Bernhard Eisel (HTC-Highroad) en profitent pour signer un doublé au deuxième sprint intermédiaire (km 115), y devançant Danilo Hondo (Lampre-ISD). Boonen pointe alors à 55 secondes. Le maillot or accuse un retard d'une minute et 40 secondes à 15 km du but, pendant que Cavendish est lâché 2 km plus loin, craquant sous le rythme élevé imprimé par les Garmin-Cervélo et les Sky.
À moins de 5 km de la ligne, Simon Clarke (Astana) attaque, mais est repris juste après la flamme rouge. La victoire d'étape se joue donc au sprint. Heinrich Haussler (Garmin-Cervélo) s'impose, s'emparant du même coup du maillot or et confortant son maillot argent, devant Mark Renshaw et Daniele Bennati (Leopard-Trek), qu'il devance au classement général de respectivement 4 et 15 secondes. Tom Boonen termine finalement 46e de l'étape à 3 min 02 s, descendant à la 14e place au général à 3 min 11 s. Le grand perdant est Fabian Cancellara, qui termine cette étape en 102e position à 32 min 50 s, dégringolant du même coup à la 54e place à 33 min 07 s.
Les FDJ et les Sky enclenchent alors la poursuite. Au 2e sprint intermédiaire (km 120,5), remporté par Rasch devant Steegmans et Hondo, les hommes de tête n'ont plus que 40 s sur le groupe maillot or, qui commence à perdre des coureurs. Les échappés sont finalement repris à moins de 20 km de l'arrivée. Fabian Cancellara (Leopard-Trek) et Mark Cavendish (HTC-Highroad), notamment, sont lâchés, laissant un groupe maillot or composé d'une trentaine d'unités. Au km 140, Maarten Tjallingii (Rabobank) attaque, mais, malgré ses 20 s d'avance à 10 km de l'arrivée, il est repris.
Au km 10, Greg Van Avermaet (BMC Racing) et Gediminas Bagdonas (An Post-Sean Kelly) s'échappent. Ils prennent rapidement le large, puisque l'écart, qui est déjà de 50 secondes au km 12, grimpe jusqu'à 5 min 30 s, au km 25. Le premier sprint intermédiaire (km 43,5) est remporté par Van Avermaet devant Bagdonas, tandis que le maillot or Mark Renshaw (HTC-Highroad) prend la troisième place. Le peloton pointe alors à 5 min 15 s.
Le duo de tête entâme les neuf tours du circuit final avec 3 min 50 s d'avance. Lors du deuxième sprint intermédiaire, remporté par Bagdonas devant Van Avermaet, le maillot or prend une nouvelle fois la 3e place et devance alors au général Heinrich Haussler (Garmin-Cervélo) de 8 secondes. Bien que possédant 48 secondes d'avance à deux tours de l’arrivée, les échappés repris au km 120, soit au début du dernier tour.