Efter två tuffa stigningar bytte Froome till en tempocykel och låg då fyra, elva sekunder efter värste rivalen Alberto Contador, som han hade en incident med igår. Spanjoren fortsatte på sin linjeloppscykel.
Trots regn under några svängar på slutet avslutade Froome starkt och vann etappen nio sekunder före Contador.
-Cykelbytet kan ha hjälpt mig och jag kunde köra på större växlar, säger Froome, förvånad över att han vann det 32 km långa loppet.
-Jag hade de kommande etapperna i fokus och trodde inte att jag skulle vinna. Det kändes ofattbart när jag kom in på upploppet och såg att jag skulle vinna.
Även om Froome leder stort, 4.34, före Contador lever tävlingen ändå och kryddas av rivaliteten mellan de två. Räkna med att Contador kommer att försöka att stöta i de tre alpetapper som nu följer.
Dåligt väder gör att morgondagens extrema utmaning i Alpe-d'Huez kanske stannar vid att toppen bestigs en gång – i stället för två som är tänkt. Det är första gången som toppen ska köras över två gånger.