Nach 204 km von Varennes-sur-Allier nach Croix de Chaubouret setzte sich der 30-Jährige auf dem Zielanstieg der ersten Kategorie vor seinem Teamkollegen Geraint Thomas (Großbritannien) und dem polnischen Weltmeister Michal Kwiatkowski (Etixx-Quick Step) durch.
Kwiatkowski, der am Sonntag den Prolog gewonnen hatte, übernahm durch seinen dritten Platz auch wieder die Führung in der Gesamtwertung. Die fünfte Etappe führt am Freitag über 192 km von Saint-Étienne nach Rasteau. Am Sonntag endet das Traditionsrennen mit einem Einzelzeitfahren über 9,6 km.