Ingen orkade haka på Charlotte Kalla som efter sitt ryck direkt fick fem sekunder ned till Norges Marit Björgen och Ebba Andersson, Sverige.
Kalla inledde loppet i toppklungan med Ebba Andersson och Stina Nilsson strax bakom sig i fältet.
Piteå Elit-åkaren åkte in som tvåa vid första varvningen.
21 åkare hade snabbt dragit ifrån – och Anna Haag hade tvingats släppa.
Efter bytet från 7,5 km klassiskt till fristil gick Kalla ut som fyra.
Ganska snart efter skidbytet hade en klunga på ungefär tio åkare, med svensktrion Kalla, Andersson och Nilsson, fått en lucka ned i fältet.
Med kilometer kvar av loppet gick Kalla upp i täten för att dra upp tempot ordentligt.
Kalla matade på i backen och fick direkt en stor lucka ned.
Med 1,8 kilometer från mål väntade den sista långa stigningen och då skiljde det tio sekunder från Kalla till Björgen och Andersson.
Silvret gick till Marit Björgen, Norge, och bronset till Krista Pärmakoski, Finland. Ebba Andersson gjorde ett strålande lopp och blev fyra, strax utanför pallen.
Charlotte Kalla tog OS-silver i skiathlon för fyra år sedan i Sotji. Då blev det dessutom ett OS-guld i stafett och silver i 10 km klassiskt.
I Vancouver 2010 tog Kalla guld på 10 km klassiskt och ett silver i sprintstafetten.
Guldet var Kallas sjätte OS-medalj.