Roglic gik til angreb på den afsluttende stigning, hvor den snart forhenværende Jumbo-rytter kørte væk fra en stærk besat frontgruppe.
Landsmanden Tadej Pogacar (UAE) havde kort forinden gjort et forsøg på at slå et hul på et stejlt stykke, men det lykkedes ikke at vriste Roglic og Richard Carapaz (EF) væk.
Herefter så udbryderne hinanden an, inden Roglic satte det afgørende angreb ind. Pogacar satte efter, men hullet op til Roglic blev hurtigt for stort, og Pogacar måtte nøjes med andenpladsen.
Det er tredje gang i karrieren, at Roglic vinder Giro dell'Emilia. Han tog også sejren i 2019 og 2021.
Tidligere på lørdagen meddelte Primoz Roglic, at han stopper hos Jumbo-Visma efter den igangværende sæson - to år før tid.
Tidligere i september deltog sloveneren i Vuelta a Espana, hvor han endte på klassementspodiet sammen med to af sine holdkammerater, vinderen Sepp Kuss og toeren Jonas Vingegaard.