Alaphilippe vann den 186 kilometer långa bergsetappen med start och mål i Nice efter att ha ryckt i sista backen och vunnit spurten före tvåan Marc Hirschi, Schweiz, och trean Adam Yates, Storbritannien.
– Jag ville verkligen göra något och hade inget att förlora. Men det gör ont, jag fick verkligen gräva djupt i slutet, sade han.
Ingen hemmaåkare har vunnit Tour de France sedan 1985. I fjol trollband hans kamp för att vinna hela nationen, men han tappade ledartröjan på näst sista etappen och slutade femma.
– Det är med stor stolthet och ansvar och jag kommer att försvara tröjan dag för dag, sade fransmannen.
Han tog över den gula ledartröjan från norrmannen Alexander Kristoff som vann den första etappen, men Kristoff var långt efter i den andra.