Lewis Hamilton vola a Sepang, ottiene la pole position e soprattutto sfodera una prova di forza tale da ottenere il primato della pista, che durava ormai da circa un decennio con Michael Schumacher come detentore. Nico Rosberg rimedia all'errore del primo giro della Q3 e si avvicina al suo compagno-rivale, mentre le Red Bull di Daniel Ricciardo e Max Verstappen precedono le Ferrari di Sebastian Vettel e Kimi Raikkonen.
I primi a scattare molto velocemente sono i due della Mercedes, entrambi in pista con gomme gialle. Hamilton precede Rosberg, mentre alle loro spalle l'idea è quella di tentare di superare il primo step con la gomma bianca un po' più dura e quindi duratura. Ricciardo e Verstappen sembrano riuscirci, Vettel e Raikkonen sembrano avere invece qualche difficoltà in più nel trovare il passo. Così i due della Ferrari scendono nuovamente in pista con la gomma gialla, avvicinandosi tantissimo ai tempi dei due battistrada (anche se il bottoncino Mercedes...), e dando soprattutto un discreto margine alle Red Bull. Nel frattempo non ci sono sorprese nelle retrovie, con Williams e Force India che passano senza problemi, accompagnate dalle Haas, dalle Toro Rosso e da un Jenson Button apparso subito in palla. Eliminati, invece, i due piloti Sauber Marcus Ericsson e Felipe Nasr, Joleon Palmer, il tandem Manor composto da Esteban Ocon e Pascal Wehrlein, e un Fernando Alonso impossibilitato a girare ancora.
La Q2 vede un Hamilton subito alla ricerca del tempo, tanto da abbattere il record stabilito ormai tanti anni fa da Schumacher. Rosberg questa volta è un po' più lontano, mentre a differenza della manche inaugurale ci sono le Red Bull davanti alle Ferrari, con Verstappen che precede Ricciardo e - ancora una volta - con Raikkonen più rapido di Vettel nel giro secco, tutti con gomma gialla in questo caso. Massa tenta l'azzardo di non fare il secondo tentativo, e si tratta di una mossa perfetta, mentre arriva l'exploit di un Button che finalmente trova l'appuntamento con l'ultima manche, così come accade per le due Force India di Perez e Hulkenberg, con il tedesco davanti al messicano. Non potranno accedere alla Q3, invece, un deludente Valtteri Bottas, Kevin Magnussen, i due della Haas Romain Grosjean ed Esteban Gutierrez e il tandem della Toro Rosso Carlos Sainz e Daniil Kvyat.
Scatta l'ultima manche, e ad aprire le danze sono Ferrari e Red Bull: Verstappen precede di poco Ricciardo, mentre Vettel continua ad essere alle spalle di Raikkonen. Poi tocca al primo tentativo della Mercedes. Rosberg non gira benissimo ed è addirittura alle spalle del connazionale di papà Keke, mentre Hamilton è ancora spaziale e ritocca addirittura il tempo della Q2. Alle spalle c'è il nulla, con Massa che precede le due Force India e la McLaren di Button che sorprende tutti e si piazza settimo, poi preceduto da Perez. Secondo tentativo al via: Hamilton abortisce il suo tempo, Rosberg sembra andare bene ma sbaglia l'ultima curva, prendendosi comunque la prima fila. Vettel beffa Raikkonen e si piazza quinto.