Il tracciato raggiunge quindi la sponda sinistra del fiume Cesano, incominciando a risalirne il percorso. Torna così nella provincia di Pesaro e Urbino attraversando il centro abitato di Monte Porzio e sfiorando quello di Mondavio (passa nelle frazioni San Filippo sul Cesano e San Michele al Fiume).
Incomincia quindi a salire leggermente di altitudine, passando per San Lorenzo in Campo e raggiungendo la periferia di Pergola. Il percorso continua quindi in direzione ovest, arrivando a innestarsi sul tratto ormai dismesso della strada statale 3 Via Flaminia all'interno di Cagli.
^abcdefghIn corsivo sono indicate le strade statali facenti parte sino al 1945 - per l'intera estensione - del territorio italiano e poi parzialmente cedute agli Stati vincitori della Seconda guerra mondiale, in seguito alla modifica dei confini nazionali stabilita dal trattato di Parigi del 1947.