Sarà Jorge Martin a partire davanti a tutti nel Gran Premio d'Italia nella classe Moto3. Il pilota spagnolo, in sella alla Honda del team Del Conca Gresini, ha preceduto nelle qualifiche odierne il britannico John McPhee e l'altro iberico Joan Mir, netto leader della classifica iridata dopo le prime cinque prove del campionato. Un po' più attardati i piloti padroni di casa, i quali non sono riusciti a tenere il passo dei primi tre, racchiusi in poco meno di due decimi. Quarta posizione per Fabio Di Giannantonio davanti a Nicolò Bulega, mentre Romano Fenati partirà dalla settima casella in una Top Ten che non ha tanta Italia al proprio interno. Dodicesima posizione in qualifica per Niccolò Antonelli davanti ad Andrea Migno, decisamente più attardato Enea Bastianini che partirà dalla diciassettesima posizione.

Suscita subito una buona impressione il leader del mondiale Mir, il quale prova a partire con un buon tempo, anche se alle sue spalle si propongono subito il connazionale Martin e un McPhee che cerca di restare nelle primissime posizioni. Gli italiani dimostrano di non avere il passo dei primi tre fin dalle prime battute di queste qualifiche, anche se Fenati sembra avere qualcosa da farsi perdonare dopo la brutta prova di Le Mans, e cerca comunque di restare nelle posizioni di testa, a differenza di un Bastianini che fa fatica a trovare il ritmo, mentre Di Giannantonio pian piano cerca di recuperare abbassando i suoi tempi in maniera graduale. Nel frattempo arriva il sorpasso da parte di Martin nei confronti di Joan Mir, il quale subirà ben presto anche quello di McPhee, particolarmente in palla tra le curve del Mugello.

I minuti finali di queste qualifiche non danno particolari chances ai piloti di casa, visto che sia Di Giannantonio che Fenati non riescono a ridurre il gap nei confronti di chi sta davanti. Nel frattempo, però, nè McPhee nè tantomeno Mir riescono ad avvicinarsi all'ottimo tempo fissato da un Martin decisamente in palla e capace anche di mantenere un buon ritmo in una breve simulazione di gara. Nel frattempo si riavvicina là davanti anche Bulega che sopravanza Fenati e si porta in quinta posizione, con anche Guevara che prende la posizione davanti alla Honda del team Marinelli Rivacold. A chiudere la Top Ten, al momento in cui la bandiera a scacchi sventola per la fine della sessione, ci sono l'altro spagnolo Marcos Ramirez, l'altra KTM dell'olandese Bo Bendsneyder e il giapponese della Honda del team SIC58, Tatsuki Suzuki, mentre come abbiamo già detto deludono Antonelli, Migno e soprattutto Bastianini.