Etapa de transición entre el bosque de los Montes de Oca y la gran capital castellana. 25,2 km que atraviesan la Sierra de Atapuerca —sitio Patrimonio Mundial UNESCO desde el año 2000 por sus restos del Homo antecessor de hace unos 800.000 años, la primera especie humana descrita a partir de fósiles de Europa occidental— y entran en Burgos por el polígono industrial de Gamonal hasta la imponente Catedral de Santa María, gótica del siglo XIII y también UNESCO desde 1984.
Los primeros 6 km son los más amables del día: senda forestal que pasa por Agés (km 3,7, con tres albergues y bares) y entra en Atapuerca (km 6,1, con bar/restaurante, albergues y centro arqueológico). El pueblo da nombre al sitio arqueológico que se atraviesa a continuación: la Sierra de Atapuerca, declarada Patrimonio Mundial UNESCO en el año 2000 (ID #989). Los yacimientos —Gran Dolina, Sima del Elefante, Galería, Sima de los Huesos— han documentado cinco especies de homínidos: Homo antecessor (de hace unos 800.000 años, la primera especie humana descrita a partir de fósiles de Europa occidental), Homo heidelbergensis, neandertal, Homo sapiens y Homo aff. erectus, con restos aún más antiguos, de 1,2 millones de años, en la Sima del Elefante. La gestión corre a cargo de la Fundación Atapuerca y el Museo de la Evolución Humana (MEH) de Burgos.
Tras la subida pedregosa de 2,4 km al Alto de Atapuerca (1.074 m), con una gran cruz de madera y vista sobre Burgos, el Camino baja hacia Orbaneja Riopico (km 13,6) y Villafría (km 17,0) —ya en la conurbación de Burgos—. La ruta oficial deja a un lado Villalval y Cardeñuela Riopico, que queda a 1,3 km al sur por la variante del valle y tiene albergue municipal (La Parada, 12 plazas, 8 €). Desde Villafría quedan 7,9 km: 3,8 de polígono industrial y 4,1 por el barrio de Gamonal hasta la catedral, un tramo ingrato de asfalto, naves industriales y tráfico denso. Existe una variante por Castañares (recomendada por Gronze) que sigue la ribera del río Arlanzón —"mucho más agradable" que el polígono— y suma apenas 0,5 km adicionales.
La Catedral de Burgos, fin de etapa, es uno de los hitos arquitectónicos más importantes del Camino. Inscrita en la Lista de Patrimonio Mundial UNESCO el 31 de octubre de 1984 (ID #316), es la única catedral española declarada por sí sola (sin contar el conjunto urbano). De estilo gótico clásico francés, su construcción comenzó en 1221 bajo Fernando III el Santo y se prolongó hasta el siglo XVI con añadidos del gótico final y del plateresco (capilla del Condestable, cimborrio del crucero). Custodia la tumba del Cid Campeador y de su esposa Doña Jimena, además de la imagen del Santísimo Cristo de Burgos y el famoso autómata Papamoscas, que da las horas en punto. Burgos es ciudad de descanso obligado: su gastronomía (morcilla, lechazo asado, queso fresco) y su casco medieval bien conservado recompensan una jornada extra.
La distancia oficial es de 25,19 km según FEAACS · CNIG — serie CSANT (Rutas del Camino de Santiago).