EurosportSanchez, som vann Tour Down Under för fem år sedan, spurtvann den 148 kilometer långa etappen och gick i mål blott två sekunder före hemmaåkaren Luke Roberts och spanjoren Alejandro Valverde.
Australiske världsmästaren Cadel Evans, som gjorde en rejäl attack i etappens andra klättring, rullade till slut in på fjärde plats.
Greipel, som vann sexdagarstävlingen för två år sedan, avancerade mot slutet av dagen och gick i mål som 17:e man, nio sekunder efter Sanchez. Inför den avslutande etappen leder tysken med 11 sekunder.
- Jag är väldigt lycklig. Utan mina lagkamrater skulle jag inte haft kvar ledartröjan, säger Greipel.
- Varje klättring är jobbig för en spurtare och jag låg på max hela tiden. När cyklister som Valverde attackerar är det ingen idé att försöka hänga på.
- Vi lyckades undvika panik, behöll vår fart och mina lagkamrater stannade och hjälpte mig. Mycket bra.
Sanchez inledde lördagen som 20:e man i sammandraget och avancerade tack vare tio bonussekunder till andraplatsen.
Lance Armstrong, som ser Tour Down Under som ett första led i förberedelserna inför sommarens Tour de France, är 24:a i sammandraget, 47 sekunder efter ledaren. Amerikanen trampar på och inspireras av duellerna i bergen.
- Det var riktigt kul att se på, säger Armstrong.
eurosport.se
