Andersson blev tvåa, bara 18,5 sekunder efter Johaug i snöfallet i det mulna Falun där underlaget vare löst och tungt. Jessica Diggins sluggade sig in som trea.
– Det var tuffa förhållanden och jag fick kämpa för varje meter. Jag hittade ett bra flyt i åkningen ut från stadion. Jag fokuserade på att behålla det fina flytet i åkningen, säger Andersson, som startade två minuter före Johaug, till SVT Sport.
– Johaug är den bästa men hon fick kriga för att hålla undan för Ebba, säger SVT Sports expert Anders Blomquist.
Ingvild Flugstad Östberg åkte starkt och tog värdefulla poäng i jakten på den totala världscupsegern. Den ende utmanaren Natalija Neprjajeva var sjuk och tappade värdefulla poäng.
Säsongen avslutas med minitouren i Quebec nästa helg.
Resultat 10 km fritt Falun:
1) Therese Johaug, Norge, 25.23,9
2) Ebba Andersson, Sverige, + 18,5
3) Jessica Diggins, USA, + 30,3
4) Ingvild F Östberg, Norge, + 30,8
5) Heidi Weng, Norge, + 41,4
6) Krista Pärmäkoski, + 45,4
9) Maja Dahlqvist, Sverige, + 54,1
11) Charlotte Kalla, Sverige, + 1.01,4
15) Ida Ingemarsdotter, Sverige, 1.16,4
22) Evelina Settlin, Sverige, + 1.36,8
24) Jonna Sundling, Sverige, + 1.50,7