Contrairement aux étapes pyrénéennes précédentes et aux étapes alpines suivantes, le parcours de la 15e étape du dimanche est relativement plat. D'orientation ouest-sud-ouest/ est-nord-est, le tracé traverse les plaines fluviales et côtières des départements de l’Aude puis de l'Hérault. Avec une seule ascension : la Côte de Villespassans, 2,2 km à 4,6 % de catégorie 4. Après le sprint intermédiaire de Montagnac (Hérault) et le passage par Villeveyrac, les coureurs atteignent Montpellier par l'ouest à la sortie de Lavérune. Les dix derniers kilomètres se déroulent principalement dans l'unité urbaine de Montpellier[1], où l'altitude varie d'une vingtaine à une soixante-dizaine de mètres, entre collines et ponts routiers[2]. Une fois le pont sur la Mosson franchi, les coureurs se dirigent vers les avenues Léon-Jouhaux et de la Liberté, puis par le quartier de La Paillade, longé par l'est et par les avenues de l'Europe, du Professeur-Blayac et de Louis-Ravas, passant à proximité du conseil général de l'Hérault. L'ultime virage à droite permet de rejoindre le contournement ouest de Montpellier depuis l'avenue Paul-Rimbaud jusqu'aux avenues de la Recambale et de Vanières. C'est sur cette dernière, à chaussées séparées, qu'est jugée l'arrivée de l'étape, aux environs du stade de rugby Yves-du-Manoir, là-même où avait lieu l'arrivée de la 4e étape du Tour de France 2009.
Mikhail Ignatiev lance une attaque à 22 km de l'arrivée, seul Niki Terpstra est en mesure de le suivre. Les trois coureurs français sont repris à 15 km de la ligne d'arrivée. Ignatiev abdique à 6 kilomètres, alors que le peloton est à 10 secondes, Terpstra poursuit seul à travers les rues de Montpellier. Il finit reprit à 3 km de la ligne par une attaque de Philippe Gilbert, qui finit rattrapé par le peloton également. Mark Cavendish surgit à 200 mètres de la ligne pour l'emporter à Montpellier devant Tyler Farrar et Alessandro Petacchi, grâce à un formidable travail de son équipe HTC-Highroad.
Sprints
Sprint intermédiaire de Montagnac (kilomètre 146,5)
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