Le Suisse Matthias Frank (AG2R-Citroën) a été le premier attaquant du jour, dès les premiers kilomètres de course. Il a ensuite été rejoint par Thomas De Gendt et son équipier allemand Roger Kluge (Lotto-Soudal), son équipier américain chez AG2R-Citröen Larry Warbasse, le Kazakh Alexey Lutsenko (Astana-Premier Tech), l'Israélien Omer Goldstein et le Britannique Alex Dowsett d'Israel Start-Up Nation, le Danois Lasse Norman Hansen (Qhubeka Assos) et l'Italien Kevin Colleoni (BikeExchange).

Les neufs hommes entamaient la montée de Jebel Jais, 21,5 km à 5,4 pour-cent avec des passages à 9 pour-cent, avec un peu plus de deux minutes d'avance sur le peloton. Le groupe de tête se réduisait à quatre unités sur les pentes de l'ascension finale: De Gendt, Frank, Goldstein et Lutsenko. À 17 km de la ligne, Lutsenko décidait de tenter l'aventure en solitaire alors que le peloton, emmené par les INEOS Grenadiers du Britannique Adam Yates, revenait à 1:30.

Alors que le peloton revenait à une trentaine de secondes de Lutsenko, l'Italien Vincenzo Nibali (Trek-Segafredo) partait en poursuite à 3 km du but. Les candidats à la victoire finale se neutralisaient. Lutsenko possédait encore 10 secondes sur le peloton sous la flamme rouge. Sorti du groupe des favoris, le Danois Jonas Vingegaard le reprenait à 300 mètres de la ligne et le déposait pour s'offrir, à 24 ans, le deuxième succès de sa carrière, après une étape du Tour de Pologne 2019. Le Slovène Tadej Pogacar (UAE Team Emirates) prenait la deuxième place au sprint devant Yates, grappillant ainsi deux secondes de bonification pour le général, où il précède désormais le Britannique de 45 secondes. Ben Hermans (Israel Start-Up Nation) se classait neuvième de l'étape à 8 secondes.

 Hormis le championnat de Nouvelle-Zélande sur route remporté par George Bennett le 14 février, c'est la première victoire de la saison pour Jumbo-Visma. Vendredi, la 6e étape reliera Deira Island à Palm Jumeirah (165 km). Le Tour des Emirats arabes unis s'achèvera samedi par une étape de 147 km entre Yas Mall et Abu Dhabi Breakwater. En 2020, Adam Yates avait été déclaré vainqueur final d'une édition amputée des deux dernières étapes après que deux membres du staff d'une équipe ont été testés positifs au coronavirus.