Der Topsprinter vom Team Tinkoff-Saxo setzte sich nach 173,1 km zwischen Pismo Beach und Avila Beach im Massenspurt vor dem Niederländer Wouter Wippert (Drapac) und dem britischen Ex-Weltmeister Mark Cavendish (Etixx-QuickStep) durch.
In der Gesamtwertung verkürzte der zweitplatzierte Sagan den Rückstand auf Spitzenreiter Toms Skujins auf 22 Sekunden. Der Lette vom Continental-Team Hincapie hatte die dritte Etappe überraschend im Alleingang gewonnen, auf den ersten beiden Teilstücken war Cavendish erfolgreich.
Bester der drei deutschen Profis im Feld war am Mittwoch erneut Sky-Fahrer Christian Knees (Bonn) auf Rang 40, in der Gesamtwertung wird der Routinier als 28. geführt.
Die fünfte von acht Etappen führt am Donnerstag über 154 km von Santa Barbara nach Santa Clarita. Die Tour of California endet am Sonntag in Pasadena.