Lagarbetet blev en stor nyckel för italienskorna som höll ihop under hela det 157,7 kilometer långa loppet mellan Antwerpen och Leuven i Belgien.
– Jag är helt mållös, det är otroligt. Det var en dröm för mig efter den här långa säsongen och mitt lag var så bra. Förlåt, jag har inga ord, säger Balsamo enligt SVT.
34-åriga Marianne Vos, som vunnit titeln 2006, 2012 och 2013, hängde själv på 23-åringen när de nederländska lagkamraterna kroknade – men hon fick till slut se sig slagen och rullade in som tvåa.
Polska Katarzyna Niewadoma tog tredjeplatsen.