La 9e étape part de l'antique cité côtière de Carthagène (région de Murcie), la ville la plus méridionale de la Vuelta 2023. Le parcours s'oriente vers le nord-ouest, franchit un col de 1re catégorie, le Puerto Casas de la Marina la Perdiz, après soixante kilomètres et se termine au Collado de la Cruz de Caravaca (col de 2e catégorie), troisième arrivée au sommet du Tour d'Espagne 2023. Entre ces deux cols, le tracé ne présente pas de difficultés majeures.
Le lendemain, la première journée de repos est mise à profit pour traverser une partie de l'Espagne et rejoindre Valladolid.
Cette étape est marquée par des conditions atmosphériques difficiles mêlant la pluie et le vent. Des bordures se sont produites dans le peloton mais finalement sans grandes conséquences. Huit hommes ont fait la course en tête portant leur avance sur la peloton maillot rouge à plus de huit minutes. Au moment d'aborder la montée finale, les fuyards comptent encore un avantage de cinq minutes sur le peloton. En raison de coulées de boue sur la route en fin de l'ascension, les organisateurs ont décidé de prendre les écarts à 2 050 mètres avant la ligne d'arrivée. Forts de leur avance importante au pied de ce col, les échappés ne sont pas repris et terminent aux huit premières places de l'étape. L'Allemand Lennard Kämna (Bora Hansgrohe) parvient à lâcher ses compagnons d'échappée et gagne l'étape devenant le 106e coureur à avoir remporté une étape sur chacun des trois grands tours.