予選は気温25度、路面温度38度と、午前中に行われたフリー走行3回目とあまり変わらない気温のなかでスタートした。Q1から挑むのは、ミラー、マルク・マルケス、ポル・エスパルガロ、中上などの面々である。前戦イタリアGPの予選Q1でビニャーレスの背後についてタイムを記録したマルク・マルケスは、今回は序盤からミラーの後ろを追いかける形でQ1をスタートした。
前半のアタックを終えて、トップはミラー、2番手はイケル・レクオーナ（テック3・KTM・ファクトリーレーシング）。マルク・マルケスは5番手、中上は10番手につける。
後半のアタックに入って間もなく、2番手につけていたレクオーナがタイムを更新しないまま激しく転倒。そうする間に中上がトップタイムをマークする。一方、ミラーは、再びマルク・マルケスに後追いされながらも、中上のタイムを上回るタイムを叩き出してトップに浮上。1分39秒153を記録した。
そのすぐ後ろについて走ったマルク・マルケスは3番手に終わり、2番手に飛び込んだのはポル・エスパルガロ。ミラーとポル・エスパルガロがQ2進出を決めた。Q1を突破できなかったマルク・マルケスは13番手、中上は14番手から明日の決勝レースを迎える。
迎えたQ2の前半のアタックでは、クアルタラロがトップタイムをマークし、モルビデリが2番手、ビニャーレスが3番手につけてヤマハライダーがトップ3を占める。一方、ロッシは4コーナーで転倒を喫する。
一度ピットインし、適宜タイヤ交換を行って始まった後半のアタックでは、ミラーやオリベイラがタイムを更新。しかし、残り2分を切ってミラーが3コーナーで転倒、さらにポル・エスパルガロが10コーナーでクラッシュを喫して各区間でイエローフラッグが提示されることになる。
こうしたなかで、最後のアタックではザルコが3番手タイムを記録した。トップは序盤に1分38秒853を記録したクアルタラロ。10コーナーが新たなレイアウトになったバルセロナ・カタロニア・サーキットで、このタイムがオールタイム・ラップ・レコードとなった。また、クアルタラロにとって5戦連続のポールポジション獲得だった。
2番手はミラー。Q1を突破し、Q2では終盤に転倒を喫しながらもフロントロウに並んだ。3番手は最後のアタックでタイムを更新したザルコで、フロントロウのうちふたりがドゥカティライダーとなった。
4番手はオリベイラ、5番手はモルビデリで、6番手はビニャーレス。7番手にはアレイシ・エスパルガロが続いた。アレックス・リンス（チーム・スズキ・エクスター）が欠場のために唯一スズキライダーとして参戦するジョアン・ミル（チーム・スズキ・エクスター）は10番手。
Q2から予選に挑んだロッシはセッション序盤に転倒を喫して11番手だった。また、苦戦が続くホンダ勢は、ポル・エスパルガロがただひとりQ2に進出し、12番手だった。
