フリー走行2回目は気温20度、路面温度22度でスタート。序盤はザルコがトップタイムをマーク。ミルが2番手に続く。しばらくは上位のタイムに変動がないままセッションが進み、残り時間20分を切って中上が2番手タイムを記録する。

　中上はその翌周にもタイムを更新して1分30秒713をマーク。自身がフリー走行1回目でマークしたトップタイムを更新して、このセッションでも暫定トップに浮上した。残り時間11分には、3番手につけていたミルが4コーナーで転倒を喫する。ミルはすぐさまピットに戻り、もう一台のバイクで走行を再開した。

　セッション終盤、残り時間2分になると、P.エスパルガロが2番手に浮上、さらにフランセスコ・バニャイア（プラマック・レーシング）がP.エスパルガロのタイムを更新して2番手につけ、同じくプラマック・レーシングのジャック・ミラーが1分30秒622を記録。トップに浮上した。

　ミラーはそのままトップでセッションを終え、初日総合としてもトップ。中上は0.091秒差で2番手。3番手にはバニャイア、4番手にP.エスパルガロ、5番手にザルコと、トップ5に3人のドゥカティライダーが入った。さらに6番手にもドゥカティ・チームのアンドレア・ドヴィツィオーゾがつけている。

　チャンピオンシップのランキングトップのミルは、転倒後走行を再開したがタイムを更新することはなく、セッション11番手、ランキング3番手のリンスはセッション8番手。ランキング2番手のクアルタラロは終始上位に浮上できないまま、最終的に16番手という苦しいバレンシアGPの初日となった。