El francés Pierre-Roger Latour ganó el recorrido de 193 kilómetros (120 millas), que atravesó dos ascensos de categoría tres de Benidorm a la cima de Alto de Aitana, en poco más de cinco horas.
Froome redujo la ventaja de Quintana en más de dos minutos con su triunfo en la contrarreloj del viernes para acercarse a 1:21.
Sin embargo, Quintana mantuvo a Froome a distancia a través del recorrido del sábado, al responder a los repetidos ataques del británico en el último ascenso de 21 kilómetros, antes de rebasarlo justo antes de la línea de meta.
Froome aplaudió mientras Quintana lo rebasó tras el último de sus varios mano a mano en los ascensos, los cuales protagonizaron ambas estrellas durante la competencia de tres semanas.
Quintana terminó dos veces como subcampeón detrás de Froome en el Tour de Francia, la última vez en julio cuando el británico y su equipo Sky dominaron la justa gala.
Froome terminó 1:23 detrás de Quintana, mientras Esteban Chaves desplazó a Alberto Contador del tercer lugar, después de recuperar tiempo con un ataque de larga distancia.
Froome, tres veces ganador del Tour, se apresta a concluir La Vuelta como subcampeón por tercera ocasión. Finalizó segundo en las ediciones de 2011 y 2014.
Latour, del equipo AG2R La Mondiale, superó a Darwin Atapuma cerca de la meta para obtener su primera victoria en una carrera importante.
La etapa 21 y final es un recorrido plano de 105 kilómetros (65 millas) de Las Rozas a la capital española.
