F1第11戦ヨーロッパGPのフリー走行2回目は地元のフェルナンド・アロンソが堂々のトップタイムをマークした。2、3番手にはジェンソン・バトンとルーベンス・バリチェロのブラウンGPが続き、ウイリアムズの中嶋一貴が5番手につけた。トヨタの2台は12、14番手となっている。

　朝に比べ暑さの増した午後のバレンシアは気温が28℃、路面温度は44℃まで上昇している。ブリヂストンは今回のレースにスーパーソフト＆ソフトという柔らかいコンパウンドのタイヤ2種類を持ち込んでいるが、セッション序盤は各チームとも朝の走行と同様にソフトタイヤで周回をスタートさせる。
　その序盤は開始20分にして早くも全車がタイムを計測していく展開となり、まずは地元フェルナンド・アロンソ（ルノー）がセッション1回目のトップタイムを上回る1分41秒台のタイムでトップにつける。後方にはニコ・ロズベルグと中嶋一貴のウイリアムズ勢2台が続いた。

　中盤を前にマーク・ウエーバーがいち早くスーパーソフトタイヤを装着すると、他のドライバーも徐々にスーパーソフトタイヤへ履き替えていき、ここからは次々にトップタイムが塗り替えられることとなる。そのなか上位につけたのはブラウンGPの2台とルノーのアロンソ、終始好タイムをマークするウイリアムズ勢が1分40秒台前半のタイムで並ぶ。

　セッション終盤、初日最後のアタックではさらなるタイム更新が見られ、アロンソが唯一1分39秒台に入れ1分39秒404をマークする。アロンソは直後のラップでもセクターベストを上回る速さをみせていたが、最終セクターで惜しくもスピンを喫してしまい更なるタイムアップとはならなかった。それでも2、3番手につけたバトンとバリチェロを抑え、地元バレンシアの初日をトップで終える。ブラウン勢の後方にはウイリアムズ2台が続き、中嶋一貴も5番手というポジションで初日を終えることとなった。

　一方で好調なスタートを見せていたマクラーレンのルイス・ハミルトンはセッション中盤にスピンを喫した直後にピットへ収まると、その後はマシンの整備に追われ再びコースインすることなくセッションを終えることに。BMWザウバーのニック・ハイドフェルドは終盤のアタックを前に最終コーナーでアロンソと接触、アロンソはノーズ交換で再走を果たしたが、ハイドフェルドは接触の際にマシンが大きく跳ね上がりダメージを追ってそのまま走行を終えている。
　シーズン途中からの参戦となるロメイン・グロージャン（ルノー）とルカ・バドエル（フェラーリ）、ハイミ・アルグエルスアリ（トロロッソ）はそれぞれ13、18、19番手となった。