Poels was daarmee veertien seconden sneller dan nummer twee Luis Leon Sanchez (Astana). Nummer drie Vasil Kirijenka, ploeggenoot van Poels bij Team Sky en wereldkampioen tijdrijden, gaf ruim twintig tellen toe.

Stef Clement werd op 35 seconden veertiende, op een paar tellen gevolgd door Niki Terpstra en Koen Bouwman. Poels potentiële Spaanse rivaal Ion Izagirre gleed onderweg onderuit en vormde geen bedreiging.

De 28-jarige Poels is na zijn zege in de chronorace van Benicassim naar Oropesa del Mar, die een klimmetje kende van de derde categorie, direct de leider in de koers die tot en met zondag duurt. Naast drager van de gele leiderstrui staat hij eerste in het bergklassement.

"Ik kwam hier goed voorbereid maar winnen is nog even iets anders", zei Poels na zijn zege op de website van Sky.

"Kirijenka is een teammaatje maar het is ook lekker de wereldkampioen te verslaan. We hebben deze winter veel getraind op de tijdritfiets. Die inspanning betaalt zich nu al uit. Hopelijk kunnen we de leiderstrui de komende vier dagen behouden."

Donderdag moet Poels zijn gele trui verdedigen in een bergetappe over 163 kilometer van Castellon naar Fredes, waar de rit eindigt met een 16 kilometer lange klim. 

De Ronde van Valencia keerde dit seizoen terug op de wielerkalender. In 2008 was de Spanjaard Ruben Plaza de laatste winnaar. Tom Cordes was in 1990 de enige Nederlander die de eindzege pakte.