På et seigt oppløp var Girmay klart sterkest i spurtduellen mot nederlenderen Mathieu van der Poel.
– Dette er fantastisk. Vi visste vi kom til å få muligheter til gode resultater og seier i Giroen. Jeg er takknemlig og glad for det jeg greide i dag, sa Girmay i intervjuet med arrangøren.
Inntil tirsdag hadde ingen svarte afrikanere vunnet en etappe på Grand Tour-nivå.
Tidligere i sesongen tråkket 22-årige Girmay inn til seier i den belgiske klassikeren Gent-Wevelgem. Også det var en milepæl for Intermarché-rytteren og afrikansk sykkelsport.
Norsk soloforsøk
Tobias Foss feiret 17. mai med å yppe seg med et sent rykk. Med tolv kilometer igjen angrep han iført den norske mestertrøya, og Jumbo-Visma-syklisten fikk en luke.
Den ble kjapt tettet. Forsøket kom to dager etter at Foss fikk sine sammenlagtambisjoner ødelagt.
Alessandro De Marchi fra Israel-Premier-laget var siste rest av etappens tremannsbrudd før han ble kjørt inn. Det skjedde da to mil gjensto. Tidligere på dagen hadde utbryterne en luke på over fem minutter etter 30 kilometer.
På tampen sprakk feltet opp i flere grupper. I underkant av 30 mann var igjen i tet, og det ble gjort flere angrep i sluttfasen. Ingen greide å kjøre solo i den tøffe avslutningen.
Foss trillet til 110.-plassen og var litt over fem minutter bak vinnertiden på den kuperte etappen. Den startet i Pescara og hadde målgang i Jesi.
Spansk ledelse
Sammendraget toppes fortsatt av spanjolen Juan Pedro López (Trek-Segafredo). Han er tolv sekunder foran UAE-lagets João Almeida fra Portugal. Foss er nummer 38 og bakpå med 29.50 minutter.
Giroen fortsetter onsdag med en flat etappe på 203 kilometer fra Santarcangelo di Romagna til Reggio Emilia.
Årets første Grand Tour-ritt avsluttes i Verona 29. mai.