Le Slovène, qui a attaqué à moins de cinq kilomètres du sommet, possède désormais 1:57 d'avance sur son grand rival danois au classement général.
Le Belge Remco Evenepoel a coupé la ligne en troisième position, à 1:10 du vainqueur et rétrograde à la troisième place du général, à 2:22 du maillot jaune.
C'est la 13e victoire d'étape dans le Tour de France pour Pogacar, vainqueur du général en 2020 et 2021, qui rêve de récupérer son trône après avoir été devancé par Vingegaard lors des deux dernières années.
Il a frappé un gros coup samedi pour la première arrivée au sommet de cette 111e éditions en lâchant ses rivaux à moins de cinq kilomètres de l'arrivée dans les pourcentages les plus raides de cette troisième ascension de la journée.
Dans un joli coup tactique, il avait envoyé son lieutenant Adam Yates à l'avant quelques minutes plus tôt pour lui servir d'appui après son attaque.
Une fois avalé le dernier échappé, l'Irlandais Ben Healy, Pogacar a progressivement creusé son avantage sur Vingegaard pour franchir la ligne dans un cri de rage, signe de sa détermination.
Le Slovène, qui vise un doublé Giro-Tour inédit depuis 1998, possède désormais une belle avance au général avant une nouvelle journée dans les Pyrénées dimanche.
