Bilderna visade den italienska Astana team bil drar tillsammans med honom och sedan både han och bilen accelererar snabbt.
Domare beslutade att Nibali antingen bogserades av bilen när han höll den, eller tog tag i en vattenflaska som sträckte sig från fönstret.
Storbritanniens Chris Froome förlorade fyra sekunder till rival Nairo Quintana när Esteban Chaves vann scenen.
Nibali, vinnare 2010, hade förlorat 88 sekunder efter att ha varit inblandad i kraschen med cirka 30 km av scenen kvar.
Under tiden, Tour de France mästare Froome jagar en Vuelta-Tour dubbel som har gjorts bara två gånger tidigare.
Men han kunde inte matcha Quintanas spark på den slutliga uppstigningen när han slutade sjunde i Caminito del Rey.
Colombianska Chaves leder det totala loppet med fem sekunder efter att ha slagit Dutchman Tom Dumoulin, med Froomes Team Sky lagkamrat Nicolas Roche i tredje.
Irlands Roche gjorde sitt bud på seger på den branta 4,5 km klättra till mållinjen men fick slut på energi i det avslutande par hundra meter, lämnar Movistar ryttare Chaves och Giant's Dumoulin att kämpa ut sprint för linjen.
Chaves plockade upp 10 bonus sekunder för att vara först.
Quintana red bort från jagar gänget innan så småningom avsluta sjätte, 26 sekunders drift av Chaves, och krediteras med samma tid som Spaniens Joaquim Rodriguez.
Froome avslutade en sekund före en annan av sina rivaler för den totala segern, 2009 Vuelta mästare Alejandro Valverde.
Resultat i steg två:
1. Vad är det för fel på dig?  Esteban Chaves (Kol/Orica) 3hrs 57mins 25seks
2 ) och 2.........................................................................................................  Tom Dumoulin (ned/Giant) +01sek
3. Vad är det som händer?  Nicolas Roche (Ire/Team Sky) +09seks
Fyra.  Daniel Martin (Ire/Cannondale) +14seks
För att uppnå detta mål har kommissionen beslutat att inleda ett förfarande enligt artikel 108.2 i fördraget om Europeiska unionens funktionssätt (nedan kallat EUF-fördraget).  Joaquim Rodriguez (Spa/Katusha) +26seks
6. Vad är det som händer?  Nairo Quintana (Kol/Movistar) Samma tid
7. Vad är det som händer?  Chris Froome (GB/Team Sky) +30seks
8. Vad är det som händer?  Alejandro Valverde (Spa/Movistar) +31seks
9. Utövande av delegeringen av befogenhet  Daniel Moreno (Spa/Katusha) Samma tid
- Tio. - Vad är det för fel på dig? Fabio Aru (Ita/Astana) +37seks
Allmän klassificering efter steg två:
1. Vad är det för fel på dig?  Esteban Chaves (Kol/Orica) 3hrs 57mins 15seks
2 ) och 2.........................................................................................................  Tom Dumoulin (Ned/Giant) +05seks
3. Vad är det som händer?  Nicolas Roche (Ire/Team Sky) +15seks
Fyra.  Daniel Martin (Ire/Cannondale) +24seks
För att uppnå detta mål har kommissionen beslutat att inleda ett förfarande enligt artikel 108.2 i fördraget om Europeiska unionens funktionssätt (nedan kallat EUF-fördraget).  Joaquim Rodriguez (Spa/Katusha) +36seks
6. Vad är det som händer?  Nairo Quintana (Kol/Movistar) Samma tid
7. Vad är det som händer?  Chris Froome (GB/Team Sky) +40seks
8. Vad är det som händer?  Alejandro Valverde (Spa/Movistar) +41seks
9. Utövande av delegeringen av befogenhet  Daniel Moreno (Spa/Katusha) Samma tid
- Tio. - Vad är det för fel på dig? Fabio Aru (Ita/Astana) +47sek
Vincenzo Nibali kastades av Vuelta en Espana när TV-bilder visade honom bogseras tillbaka in i flocken efter en krasch på scen två på söndag.