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D'une longueur de 171 km, il s'agit de la première étape de montagne de ce tour avec la montée de six cols dont notamment celle des cols du Grand Ballon et du Ballon d'Alsace (respectivement de 2e et 1re catégorie). Le final se fait sur un plat de quinze kilomètres jusqu'à Mulhouse.
Le cycliste du jour est Michael Rasmussen qui a pris l'initiative en solitaire avec une offensive dès les premiers kilomètres au Col de Grosse Pierre. Au Ballon d'Alsace, le français Christophe Moreau et l'allemand Jens Voigt quittent le peloton à leur tour pour tenter de rattraper Rasmussen. Malgré leurs efforts communs, Moreau allant jusqu'à attendre son compagnon d'échappée lors d'un problème mécanique, Rasmussen parvient tout de même à conserver son avance et à finir l'étape en vainqueur, devançant Moreau et Voigt de 3 min. Déjà porteur du maillot à pois grâce à l'étape précédente au cours de laquelle il franchit en premier quatre des cinq cols de l'étape, il s'adjuge cette fois tous les cols de cette 9e étape, conservant ainsi le maillot à pois et creusant l'écart sur les autres prétendants. Le classement général a aussi été modifié attribuant le maillot jaune à Jens Voigt et la seconde place du général à Christophe Moreau, Lance Armstrong est relégué en 3e position à 2 min.
L'arrivée de Mulhouse conclut la première partie du Tour de France 2005, la journée du étant une journée de repos. Les coureurs quittent Mulhouse le soir même en avion en direction de Grenoble pour la 10e étape du mardi .