Rui Costa profiteerde van de oorlog tussen Rodriguez, diens landgenoot Alejandro Valverde en de Italiaanse kopman Vincenzo Nibali. De Portugees kreeg de zegen van de Italiaan toen die tot drie keer toe Rodriguez moest terughalen met Valverde in zijn wiel.

Valverde kwam achter Rui Costa en Rodriguez als derde over de streep en noteerde daarmee zijn vijfde podiumplaats (twee keer zilver, drie keer brons).

Bauke Mollema en Pieter Weening streden tot aan de laatste ronde volop mee voor de wereldtitel, maar moesten passen in de laatste tien kilometer. Mollema werd elfde, Weening eindigde als twintigste.

Op het 270 kilometer lange parcours rondom en in Florence ontspon zich een historische titelstrijd. Dat was mede te danken aan de zware regenval die ervoor zorgde dat het kersverse asfalt waarover de renners koersten spekglad was. 

De vele valpartijen die dat met zich meebracht eiste een aantal prominente slachtoffers als voormalig wereldkampioen Cadel Evans, oud-Tourkampioen Bradley Wiggins en de Ierse outsider Nicolas Roche. Ook kanshebbers als Vuelta-winnaar Chris Horner, Daniel Martin, Richie Porte en Chris Froome haalden de eindstreep niet.

Er werd dan ook een immense inspanning gevraagd van de renners. Waar de meeste wereldkampioenschappen een slaapverwekkende eerste helft kennen was het zondag in Toscane vanaf het startschot volle bak koers. Dat kwam vooral door de thuisrijdende Italiaanse formatie die al vroeg het tempo bepaalde. 

Die tactiek leek halverwege de rit echter tegen zich te keren toen kopman Nibali en troef Filippo Pozzato opeens ontbraken in het voorste peloton. Omdat wegkapitein Luca Paolini in de remmen kneep konden veel renners weer aansluiten. 

De Nederlandse equipe koerste de hele dag attent. Bij elke tempoversnelling op de Fiesole en de Via Salviati, de twee scherprechters die in de lange rit tien keer werden aangedaan, zaten er steevast drie of meer Nederlanders mee vooraan. Onder meer Mollema, Robert Gesink en Weening hielden knap stand. 

De Italianen tekenden echter voor het indrukwekkendste optreden na tweehonderd kilometer koers. Voor de op papier ijzersterke formatie van Spanje gold het tegenovergestelde. Hun sterrenformatie rondom Alejandro Valverde en Alberto Contador kon enkel volgen. België daarentegen kende net als Nederland een sterke afvaardiging vooraan, met alle kopmannen. 

Laurens ten Dam, Tom Dumoulin en Johnny Hoogerland hielden het rond de tweehonderd kilometer voor gezien. Ten Dam kwam ten val terwijl bij debutant Dumoulin en Nederlands kampioen Hoogerland de pijp leeg was. Een andere Nederlandse debutant in de wegwedstrijd, Wilco Kelderman, koos vervolgens de aanval. 

De renner van Belkin reed vier rondes voor het einde weg bij de favorieten. De ontsnapping van de jonge Nederlander was voor de grote Belgische afvaardiging het teken om het tempo op te schroeven. Het waren echter een Italiaan en een Fransman die de jacht op Kelderman openden. Giovanni Visconti en Cyril Gautier wisten aansluiting te vinden waarna de Italiaan aan een solopoging begon. 

Dankzij een dubbele glijpartij van Nibali en Paolini, die daardoor geen rol van betekenis meer speelde, werd Visconti de hoop van het thuispubliek. In het achtervolgende peloton bleef België over als het dominante land, voor Gilbert reden om zijn mannen nogmaals op kop te zetten. Met grote dank aan de auto's wist Nibali alsnog terug te komen in het peloton.

Tijdens de een-na-laatste omloop op de Fiesole wist het sterke Belgische collectief de aanval van Visconti onschadelijk te maken. Op dat punt moest Gesink het voor gezien houden waardoor Mollema en Weening de laatste twee Nederlanders vooraan de koers werden omdat Kelderman zijn vluchtpoging moest bekopen en wegviel uit de kopgroep.

Na de hergroepering was het Michele Scarponi die in de laatste ronde het bal opende en een aardig gat wist te slaan. In zijn wiel kreeg hij Joaquim Rodriguez, Carlos Betancur, Rui Costa en Nibali met zich mee. Mollema en Weening moesten passen. 

Rodriguez forceerde de hand van Nibali door op tien kilometer voor de streep weg te springen. De Italiaan moest met Valverde in zijn wiel vol aan de bak om de Spanjaard, wiens ploeg tot dan toe geen meter op kop had gereden, terug te halen. 

Dankzij slim spel van Valverde wist Rodriguez nog een keer weg te springen. Zijn derde poging was wel succesvol, maar hij rekende buiten de Portugees Rui Costa. Hij wist de Spanjaard in de slotkilometer bij te halen en klopte hem op de streep met minimaal verschil.

Rui Costa is de eerste Portugese wereldkampioen. De mondiale titel is voor hem de kroon op een seizoen waarin hij ook twee etappezeges in de Tour de France boekte.