Valentino Rossi fa impazzire il Mugello! Il Dottore sfruttando la scia di Viñales nel giro decisivo, e firma la pole position realizzando il tempo di 1'46"504, che gli vale la partenza davanti a tutti nel GP d'Italia. In prima fila a far compagnia al 46 ci sarà un bravissimo e già menzionato Maverick Viñales, il cui crono nel giro buono si ferma a 94 millesimi da quello che è valsa la pole. Terza posizione e chiusura della prima fila per un deluso Andrea Iannone, che dopo i risultati delle prove libere pregustava già la pole. Apre la seconda fila, e di conseguenza la schiera dei flop di giornata, Marc Marquez, quarto a 255 millesimi dal tempo di Rossi: nel finale, a causa della troppa foga, il centauro della Honda sbaglia una curva e perde del tempo prezioso che gli costa la prima fila e una probabile pole, sfiorando tra l'altro anche il contatto con Aleix Espargaro. Segue in quinta posizione il connazionale nonchè leader del Mondiale Jorge Lorenzo che partirà dalla quinta piazza con un ritardo di 378 millesimi dal compagno di scuderia. Sesto è Aleix Espargaro davanti a Dani Pedrosa, mentre chiuderà la terza fila, con il nono tempo, il terzo ducatista in corsa, Danilo Petrucci. La Q1 ha già regalato una grande sorpresa, con la clamorosa eliminazione di Andrea Dovizioso, che viene battuto per 49 millesimi da Espargaro, capace di superare il taglio insieme a Scott Redding.

La sessione valida per la pole position non lascia il respiro a chi deve affrontare il tracciato ma anche agli spettatori, con i piloti che battagliano a distanza anche sfruttando qualche furbata, come nel caso di Rossi che, come detto, sigla il giro finale sfruttando la scia di Viñales. Iannone si porta subito in testa sfruttando la scia di Lorenzo, al tempo dell'abruzzese di Vasto si avvicina il giovane spagnolo della Suzuki a 23 millesimi e Marquez a 32, in una classifica cortissima. Il pilota Ducati, sfruttando sempre la scia di Lorenzo si migliora ulteriormente e taglia il traguardo in 1'46"607. Sembra la giornata perfetta per Iannone e per la Ducati che si avviano a conquistare una meritata pole, ma all'improvviso spunta Rossi che riesce ad effettuare un giro quasi perfetto, approfittando delle suddette scie, e si issa in testa con un 1'46"504 che fa andare il Mugello in estasi. E nel delirio scatenato dal 46 spunta anche Viñales, il quale acciuffa il miglior risultato in carriera in qualifica, due settimane dopo il podio di Le Mans.

Questa la griglia di partenza della gara che scatterà alle 14:00