Nach 15 Minuten hatte im FP3 noch kein Fahrer die Freitagsbestzeit von Kalex-Pilot Luca Marini aus dem Sky Racing Team VR46 unterboten. WM-Leader Lorenzo Baldassarri, der nach zwei Trainings-Sessions nur auf Rang 18 lag, musste sein Motorrad kurzzeitig mit technischen Problemen abstellen – damit wurde die Aufgabe, eines der 14 Tickets für das Q2 zu lösen, nochmals erschwert. Zur Halbzeit der 40-minütigen Session stürzte dann Gresini-Fahrer Sam Lowes in Kurve 9. Als noch 13 Minuten auf der Uhr standen, sorgte Tom Lüthi in 1:51,851 min für eine neue Bestzeit. In den letzten zehn Minuten wurde das Klassement noch einmal kräftig durchgemischt: Den Anfang machte Augusto Fernandez, der in 1:51,625 min die Spitze übernahm. Remy Gardner schob sich kurzzeitig auf Platz 3 nach vorne, wurde dann aber von Le Mans-Sieger Alex Márquez verdrängt. In der Schlussphase folgte eine Sektorbestzeit auf die nächste, an der Bestzeit von Fernandez biss sich die Konkurrenz aber die Zähne aus. Lüthi kam bis auf 0,009 sec an den Flexbox-HP40-Fahrer heran. Auf Platz 3 folgte Márquez (+ 0,103 sec), während der WM-Leader Baldassarri sich nicht mehr verbesserte und als 18. den Umweg über das Q1 antreten muss. Marcel Schrötter steigt als Neunter (+ 0,425 sec) direkt in das entscheidende Q2 auf, Domi Aegerter (23.), Lukas Tulovic (24.) und Philipp Öttl (27.) müssen hingegen in das Q1. Moto2-Rookie Jorge Martin (Red Bull KTM Ajo), der im FP3 wie einige andere Fahrer einen Sturz einstecken musste, war mit seiner Freitagszeit der beste KTM-Pilot – allerdings nur auf Rang 16 (+ 0,923 sec). Mugello, Moto2, Gesamtwertung nach FP3: 1. Fernandez, 1:51,625 min 2. Lüthi, + 0,009 sec 3. Márquez, + 0,103 4. Bastianini, + 0,153 5. Gardner, + 0,189 6. Navarro, + 0,231 7. Marini, + 0,294 8. Pasini, + 0,410 9. Schrötter, + 0,425 10. Di Giannantonio, + 0,526 11. Locatelli, + 0,635 12. Lowes, + 0,830 13. Corsi, + 0,832 14. Nagashima, + 0,846 Ferner: 16. Martin, + 0,923 18. Baldassarri, + 0,947 20. Binder, + 1,052 23. Aegerter, + 1,484 24. Tulovic, + 1,685 27. Öttl, + 2,233