Anche oggi pomeriggio splende il sole sul circuito italiano del Mugello, con temperature in pista oltre i 30° C: la pista quindi si presenta in condizioni ottimali per lo svolgimento  dei primi turni di prove libere per la MotoGP. È Andrea Dovizioso a chiudere anche questa seconda sessione in testa alla classifica, precedendo di poco più di un decimo Marc Márquez e di circa tre decimi Jorge Lorenzo, mentre il compagno di squadra Andrea Iannone chiude quarto a circa mezzo secondo dalla vetta.

Scatta il cronometro ed i piloti scendono immediatamente in pista per i primi giri di questa seconda sessione di prove libere. Nei primissimi minuti si fanno vedere Valentino Rossi, Jorge Lorenzo e Danilo Petrucci, che si contendono le prime posizioni, a cui si uniscono poco dopo Dani Pedrosa, Marc Márquez, Andrea Dovizioso, Andrea Iannone e Aleix Espargaró, provocando giro dopo giro un continuo cambio di classifica. Dopo un po’ i tempi si stabilizzano e troviamo in testa Jorge Lorenzo, seguito dal compagno di squadra Valentino Rossi e da Marc Márquez, mentre in quarta e quinta posizione ci sono le Ducati ufficiali di Andrea Dovizioso e Andrea Iannone. A circa metà turno la classifica cambia di poco, con il campione del mondo in carica che passa in testa e Cal Crutchlow che risale fino alla quarta posizione, davanti alle Ducati di Dovizioso, Iannone e Petrucci ed alla Honda di Dani Pedrosa. Da registrare poco dopo una scivolata di Eugene Laverty, senza conseguenze per il pilota che è costretto a tornare al box a piedi. A cinque minuti dalla fine quasi tutti i piloti sono in pista per cercare di migliorare in extremis i propri tempi: il primo di questi è Dovizioso, che si fa vedere in seconda posizione a ridosso di Márquez prima di superarlo qualche giro dopo. Da considerare però anche Bradley Smith, Pol Espargaró e Scott Redding che rientrano in top ten scombinando ulteriormente la classifica in questi ultimi attimi.

Alla fine è Andrea Dovizioso a prendersi la prima piazza anche in questo secondo turno di prove libere, precedendo il campione in carica Marc Márquez, Jorge Lorenzo e l’altra Ducati di Andrea Iannone. Valentino Rossi ottiene solo il nono tempo in questo turno, mentre Dani Pedrosa è ancora abbastanza lontano dalla vetta, come dimostrano i nove decimi accusati in questa sessione.

La classifica:

1 4 Andrea DOVIZIOSO ITA Ducati Team Ducati 348.1 1'47.479 
2 93 Marc MARQUEZ SPA Repsol Honda Team Honda 345.1 1'47.643 0.164 / 0.164
3 99 Jorge LORENZO SPA Movistar Yamaha MotoGP Yamaha 342.0 1'47.852 0.373 / 0.209
4 29 Andrea IANNONE ITA Ducati Team Ducati 348.2 1'47.994 0.515 / 0.142
5 38 Bradley SMITH GBR Monster Yamaha Tech 3 Yamaha 344.1 1'48.038 0.559 / 0.044
6 35 Cal CRUTCHLOW GBR CWM LCR Honda Honda 341.3 1'48.124 0.645 / 0.086
7 41 Aleix ESPARGARO SPA Team SUZUKI ECSTAR Suzuki 335.5 1'48.137 0.658 / 0.013
8 45 Scott REDDING GBR EG 0,0 Marc VDS Honda 339.7 1'48.164 0.685 / 0.027
9 46 Valentino ROSSI ITA Movistar Yamaha MotoGP Yamaha 339.9 1'48.211 0.732 / 0.047
10 44 Pol ESPARGARO SPA Monster Yamaha Tech 3 Yamaha 342.0 1'48.283 0.804 / 0.072
11 51 Michele PIRRO ITA Ducati Team Ducati 347.1 1'48.317 0.838 / 0.034
12 9 Danilo PETRUCCI ITA Octo Pramac Racing Ducati 348.8 1'48.419 0.940 / 0.102
13 26 Dani PEDROSA SPA Repsol Honda Team Honda 345.2 1'48.435 0.956 / 0.016
14 68 Yonny HERNANDEZ COL Octo Pramac Racing Ducati 344.1 1'48.483 1.004 / 0.048
15 25 Maverick VIÑALES SPA Team SUZUKI ECSTAR Suzuki 338.1 1'48.493 1.014 / 0.010
16 6 Stefan BRADL GER Athinà Forward Racing Yamaha Forward 337.2 1'48.694 1.215 / 0.201
17 17 Karel ABRAHAM CZE AB Motoracing Honda 334.6 1'48.851 1.372 / 0.157
18 8 Hector BARBERA SPA Avintia Racing Ducati 350.1 1'48.926 1.447 / 0.075
19 43 Jack MILLER AUS CWM LCR Honda Honda 340.4 1'49.030 1.551 / 0.104
20 63 Mike DI MEGLIO FRA Avintia Racing Ducati 343.5 1'49.729 2.250 / 0.699
21 19 Alvaro BAUTISTA SPA Aprilia Racing Team Gresini Aprilia 333.9 1'49.741 2.262 / 0.012
22 76 Loris BAZ FRA Athinà Forward Racing Yamaha Forward 332.3 1'49.825 2.346 / 0.084
23 50 Eugene LAVERTY IRL Aspar MotoGP Team Honda 336.3 1'49.864 2.385 / 0.039
24 69 Nicky HAYDEN USA Aspar MotoGP Team Honda 335.2 1'49.866 2.387 / 0.002
25 15 Alex DE ANGELIS RSM E-Motion IodaRacing Team ART 327.7 1'50.477 2.998 / 0.611
26 33 Marco MELANDRI ITA Aprilia Racing Team Gresini Aprilia 335.2 1'51.800 4.321 / 1.323