La cinquième et dernière étape rejoint la cité de Valladolid, au départ de Benavente (152,5 km). Cette ultime journée de course ne présente pas la moindre difficulté. Même le vent, le dernier à pouvoir modifier la donne au classement général, est nul aujourd'hui dans une contrée régulièrement balayée par le souffle de l'air et bien souvent sujette à de splendides courses de bordures. Sans vent, le départ est rythmé. La première heure de course est parcourue à 49 de moyenne. Il faut attendre un moment de répit pour permettre à deux coureurs de s'isoler. L'Espagnol Mikel Ilundai (Orbea Oreka SDA) et le Néerlandais Bauke Mollema (Rabobank) filent après une heure de course. Toutefois, le peloton a bien l'intention d'en finir au sprint et la chasse est lancée sur les routes rectilignes et baignées de soleil d'une Castille-Leon au paysage aride.
Les deux hommes de tête sont donc revus à un peu plus de 10 kilomètres de l'arrivée, laissant le champ libre aux équipes de sprinteurs et notamment à une forte équipe Caisse d'Epargne, qui a désiré jouer la carte de son sprinteur José-Joaquin Rojas plutôt que d'exploiter les chances d'Alejandro Valverde. Ce dernier accepte ainsi de se sacrifier en faveur de son coéquipier. Il lui lance un sprint fabuleux. Malheureusement, Rojas reste talonné par Pablo Urtasun (Euskaltel-Euskadi) et Valverde ne peut se relever sans compromettre les chances de victoire de sa formation. Le Murcian se retourne dans les 25 derniers mètres, constate que Rojas ne pourra pas se défaire d'Urtasun et choisit de couper la ligne le premier, sans expression de joie. Alejandro Valverde s'impose ainsi un peu malgré lui mais ajoute une deuxième victoire à son compteur en trois jours.
Classement 5ème étape :
1. Alejandro Valverde (ESP, Caisse d'Epargne) les 152,5 km en 3h17'46"
2. Pablo Urtasun (ESP, Euskaltel-Euskadi) m.t.
3. José-Joaquin Rojas (ESP, Caisse d'Epargne) m.t.
4. Ricardo Serrano (ESP, Fuji-Servetto) à 2 sec.
5. Igor Abakoumov (BEL, ISD) m.t.
6. Oscar Sevilla (ESP, Rock Racing) m.t.
7. Eduard Vorganov (RUS, Xacobeo-Galicia) m.t.
8. David Garcia-Dapena (ESP, Xacobeo-Galicia) m.t.
9. Francisco-José Martinez (ESP, Andaludia-CajaSur) m.t.
10. Alberto Contador (ESP, Astana) m.t.
Classement général final :
1. Levi Leipheimer (USA, Astana) en 15h33'26"
2. Alberto Contador (ESP, Astana) à 16 sec.
3. David Zabriskie (USA, Garmin-Slipstream) à 22 sec.
4. Stef Clement (PBS, Rabobank) à 49 sec.
5. Denis Menchov (RUS, Rabobank) à 54 sec.
6. Xavier Tondo (ESP, Andalucía-Cajasur) à 1'51"
7. Philip Deignan (IRL, Cervélo TestTeam) à 1'53"
8. Ezequiel Mosquera (ESP, Xacobeo-Galicia) à 2'01"
9. Alejandro Valverde (ESP, Caisse d'Epargne) à 2'05"
10. Juan-José Cobo (ESP, Fuji-Servetto) à 2'45"