Nonostante una caduta ad inizio sessione, Jorge Lorenzo si conferma come l'uomo da battere nel week-end del Gran Premio d'Italia al Mugello. Il campione spagnolo ha migliorato il tempo ottenuto nella mattina girando in 1'48"076, anche se questa volta il vantaggio sul primo degli inseguitori, Dani Pedrosa, si è ridotto ad appena 31 millesimi.

Ottima prestazione anche per Nicky Hayden che porta la sua Ducati in terza posizione a 81 millesimi da Lorenzo. Dietro di lui troviamo Hector Barbera, anche lui protagonista di una caduta alla Casanova Savelli, fortunatamente senza conseguenze (anche se la sessione è stata interrotta per qualche minuto con l'esposizione della bandiera rossa.

Dietro lo spagnolo troviamo Andrea Dovizioso, inseguito da Casey Stoner (sesto) e dalle due Yamaha di Ben Spies e Cal Crutchlow, con Valentino Rossi nono costantemente a nove decimi di ritardo, davanti a Stefan Bradl, ancora una volta decimo sul tracciato di Scarperia.

La classifica dei tempi:

01. Jorge LORENZO - Yamaha Factory Racing - 1'48"076
02. Dani PEDROSA - Repsol Honda Team - 1'48"107 - +0"031
03. Nicky HAYDEN - Ducati Team - 1'48"157 - +0"081
04. Hector BARBERA - Pramac Racing Team - 1'48"254 - +0"178
05. Andrea DOVIZIOSO - Monster Yamaha Tech 3 - 1'48"308 - +0"232
06. Casey STONER - Repsol Honda Team - 1'48"527 - +0"451
07. Ben SPIES - Yamaha Factory Racing - 1'48"540 - +0"464
08. Cal CRUTCHLOW - Monster Yamaha Tech 3 - 1'48"650 - +0"574
09. Valentino ROSSI - Ducati Team - 1'49"017 - +0"941
10. Stefan BRADL - LCR Honda MotoGP - 1'49"022 - +0"946
11. Alvaro BAUTISTA - San Carlo Honda Gresini - 1'49"208 - +1"132
12. Aleix ESPARGARO - Power Electronics Aspar - 1'50"015 - +1"939
13. Randy DE PUNIET - Power Electronics Aspar - 1'50"269 - +2"193
14. Michele PIRRO - San Carlo Honda Gresini - 1'51"130 - +3"054
15. Yonny HERNANDEZ - Avintia Blusens - 1'51"322 - +3"246
16. Mattia PASINI - Speed Master - 1'51"384 - +3"308
17. Colin EDWARDS - NGM Mobile Forward Racing - 1'51"857 - +3"781
18. James ELLISON - Paul Bird Motorsport - 1'51"966 - +3"890
19. Danilo PETRUCCI - Came IodaRacing Project - 1'52"109 - +4"033
20. Ivan SILVA - Avintia Blusens - 1'52"558 - +4"482