Sky-stjernen Chris Froome, som er regjerende Tour de France og Spania Rundt-vinner, var blant søndagens store tapere søndag.
Omringet av snødekt fjellandskap spurtet Yates fra tetgruppa og trillet inn til seier på 2135 meters høyde.
Han var i mål foran Thibaut Pinot og lagkamerat Esteban Chaves.
Med seieren økte Mitchelton-Scott-syklisten luken i sammendraget. Nå er Yates 32 sekunder foran Chaves på annenplass, mens treer Tom Dumoulin er bak med ytterligere 13 sekunder.
Chris Froome har ikke fått det til å stemme så langt i årets Giro d'Italia. På vei opp de siste bakkene av søndagens klatreetappe mistet han kontakten med tetgruppen. Lagkameraten Henao slapp seg ned for å hjelpe kameraten opp igjen, men duoen kom som en del av en gruppe over minuttet bak Yates.
De siste hundre meterne måtte Froome slippe gruppen han satt i, og syklet alene over mål.
Det førte til at han falt ned til 11.-plass sammenlagt. Briten er 2.27 minutter bak sin landsmann.
Mandag har rytterne hvile, men Giroen fortsetter tirsdag med en 239 kilometer lang etappe mellom Penne og Gualdo Tadino. Det er rittets lengste distanse.