Den 37 år gamle Movistar-rytteren ble fraktet til sykehus etter at han lørdag deiset i bakken på såpeglatt føre i striregnet i Düsseldorfs gater.
Etter tempoetappen ble det konstatert at Valverde hadde pådratt seg brudd i sin venstre kneskål.
– Valverde var gjennom en vellykket operasjon i dag morges ved universitetssykehuset i Düsseldorf. Han blir værende i Tyskland i minst to dager til, før han deretter reiser hjem til Spania for å fortsette rekonvalesensen der. Han vil være borte fra landeveien i flere måneder, opplyser Movistar.
Det betyr at han går glipp av resten av sesongen, inkludert sykkel-VM i Bergen i september.
Movistar har lagt ut et bilde på Twitter av en smilende Valverde liggende i sykehussengen. Med to fingre viser spanjolen V-tegnet.
Det er ikke første gang at Valverde har brutt Tour de France. Han måtte også gi seg før avslutningen i Paris i 2005 og 2006, som var hans to første deltakelser i verdens største sykkelritt.
Valverde endte på Tour-pallen da han ble nummer tre sammenlagt for to år siden. Han var i år tiltenkt en rolle som en viktig hjelperytter for Movistar-kaptein Nairo Quintana. Spesielt i fjellene ville han vært god å ha i Quintanas duell med regjerende mester Chris Froome.