Face à températures plus élevées sur l’emblématique circuit du Mugello, Maverick Viñales (Movistar Yamaha MotoGP) a signé la pole position — sa troisième de la saison — grâce à un tour en 1'46.575, légèrement inférieur à celui du matin.
Dominé dans un premier temps par Danilo Petrucci (Octo Pramac Racing) puis par Marc Márquez (Repsol Honda Team), Viñales mettait les bouchées doubles lors de son deuxième run et s’emparait du commandement. Valentino Rossi (Movistar Yamaha MotoGP) attendait quant à lui son ultime tentative pour conclure les qualifications derrière son coéquipier.
Le nonuple Champion du Monde sera accompagné en première ligne d’Andrea Dovizioso ; lequel plaçait sa Desmosedici GP17 en troisième position. Michele Pirro (Ducati Team), invité de cette épreuve, héritait pour sa part de la quatrième place devant le duo du team Repsol Honda, Dani Pedrosa et Marc Márquez.
Un instant classé dans le Top 3, Jorge Lorenzo (Ducati Team) devait finalement se contenter du septième temps. Le Majorquin devancera Álvaro Bautista (Pull&Bear Aspar Team) et Petrucci. Ce dernier, pourtant incisif tout au long de la séance, a vu son chrono annulé pour avoir excédé les limites de la piste.
Johann Zarco (Monster Yamaha Tech3) terminait 11e des qualifications, intercalé entre Tito Rabat (EG 0,0 Marc VDS) et Aleix Espargaró (Aprilia Racing Team Gresini), qui fut le seul pilote à s'être fait piéger. Indemne, l'Espagnol parvenait à retrouver son box pour conclure la séance au 12e rang.
Leader de la première journée, Cal Crutchlow (LCR Honda) a connu plus de difficultés samedi. Victime d’une chute en FP3, le Britannique s'élancera 13e devant Héctor Barberá (Reale Avintia Racing) et Jonas Folger (Monster Yamaha Tech3), lequel était parti à la faute en Q1.
Andrea Iannone (Team Suzuki Ecstar), toujours souffrant, se voyait crédité du 16e temps, tandis que Loris Baz (Reale Avintia Racing) se classait 17e. Sylvain Guintoli (Team Suzuki Ecstar) finissait quant à lui 24e.
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