Den norska storstjärnan tog kommandot direkt och var i ledning vid första mellantiden, men tätt bakom följde Ebba Andersson och Jessie Diggins.
Ebba hängde med bra och låg tvåa fram till 8,8 kilometer – då bara 0,9 sekunder bakom – men då använde Johaug sina superben och ryckte i från de andra.
Johaug – som även vunnit guld i Peking på 10 km klassiskt och 15 km skiathlon – utökade bara sitt försprång samtidigt som de andra halkade efter allt mer.
Sundling slutade fyra
Bakom Andersson på tredje plats närmade sig halvvägs in i loppet en klunga med Kerttu Niskanen i täten och Jonna Sundling en liten bit bakom. Ebbas tredjeplats hotades, men då svarade stjärnan med att visa nya krafter och dra i från.
Men mot slutet blev det dramatiskt igen.
Andersson kroknade och fick slita rejält på slutet. Med 1,3 kilometer kvar hade Ebba gått från att vara nästan 40 sekunder före till att bara ha 14 sekunders försprång till den jagande klungan med Niskanen i täten.
Finländskan gick ikapp och förbi och knep bronsmedaljen – två sekunder före Jonna Sundling som avslutade starkt och gick i mål som fyra.
Amerikanskan Jessie Diggins tog silver, men var chanslös mot Johaug som var en minut och 43 sekunder före i mål.
Övriga svenska placeringar var Emma Ribom 29:a och Charlotte Kalla 35:a.
Ebba: ”Luften gick ur mig”
Det var en förkrossad Ebba Andersson som mötte media efter loppet.
– Luften gick ur mig. Jag fajtades verkligen där ute. Jag förstår verkligen inte hur de kunde komma så snabbt där på slutet, säger hon tårögd till Aftonbladet.
– Jag ser inte att de kommer förrän de är ikapp. Jag åker för det jag är värd i sista backen och får sekundering att jag har 15 sekunder till godo på de andra, men när jag slänger mig över krönet och ner i utförskörningen kommer de riktiga kastvindar. Jag försöker parera för dem och ge det jag har in mot mål, men blir väldigt förvånad när de helt plötsligt är i rygg i botten av backen så det känns just nu väldigt orättvist, säger Andersson.