En utslitt Tiralongo tok sin andre etappeseier i karrieren da Astana-syklisten kjempet seg først over målstreken foran landsmannen Michele Scarponi.
Drøyt 14 kilometer før mål klarte ikke Adriano Malori å holde tritt med feltet opp den første fjellavslutningen i årets Giro.
Hesjedal tok dermed over sammenlagtledelsen og ikler seg den rosa trøyen søndag. Tiralongo er nummer to i sammendraget.
Fire syklister gikk tidlig i brudd på den 205 kilometer lange etappen mellom Recanati og Rocca di Cambio. På det meste holdt kvartetten unna hovedfeltet med nærmere ni minutter, men på de seks siste milene forsvant forspranget raskt.
Bruddet ble hentet inn, og alle favorittene posisjonerte seg godt i feltet oppover fjellstigningen. På slutten prøvde Stefano Pirazzi (Colnago) og José Herrada (Movistar) å rykke ifra, men det holdt ikke inn.
Dermed kunne Tiralongo juble for seier foran Scarponi, mens Fränk Schleck tok til takke med tredjeplass.
Alexander Kristoff hang godt med i feltet, men slapp seg noe tilbake i fjellbakken. Giroen avsluttes i Milano 27. mai.