Obwohl dunkle Wolken über dem Misano World Circuit Marco Simoncelli hingen, gingen die MotoGP-Piloten bei trockener Strecke in ihr zweites Training. Im ersten Training waren die schlechten Platzierungen von Marc Márquez und Valentino Rossi überraschend. Sie erreichten nur die Positionen 13 und 15. Aus diesem Grund rückte Márquez umgehend mit einem weichen Hinterreifen aus, um sich nach vorne zu schieben. Marc Márquez setzte sich mit 1:33,773 min an die Spitze. Hinter den Repsol-Honda-Fahrer reihte sich Jorge Lorenzo ein. Márquez verbesserte seine Zeit auf 1:32,537 min. Ducati-Testfahrer Michele Pirro schoss auf Platz 2 nach vorne und lag 0,757 sec hinter Márquez. HRC-Testfahrer Stefan Bradl schnappte sich den vierten Rang mit 1,546 sec Rückstand, doch Rossi verdrängte ihn auf Platz 5. In Kurve 8 stürzte Tech3-Yamaha-Pilot Hafizh Syahrin. Zu diesem Zeitpunkt lag der Malaysier nur auf Platz 21. Márquez hatte an der Spitze noch 0,468 sec Vorsprung auf Pirro. Auf Platz 3 folgte Cal Crutchlow vor Jorge Lorenzo, Takaaki Nakagami, Johann Zarco und Valentino Rossi. Stefan Bradl belegte Platz 8 hinter Rossi mit 1,240 sec Rückstand auf Márquez. Pramac-Ducati-Pilot Danilo Petrucci schnappte sich Platz 4. Rossi schob sich zur Halbzeit des Trainings auf Platz 3 hinter Márquez und Pirro nach vorne. Der Lokalmatador lag 0,884 sec zurück. Auf Rang 4 lag Cal Crutchlow vor Petrucci, Lorenzo, Nakagami, Zarco und Bradl. KTM-Pilot Bradley Smith belegte Platz 17 mit 1,627 sec Rückstand. Sein angeschlagener Teamkollege Pol Espargaró lag als 25. ganze 2,694 sec zurück. Rabat-Ersatz Christophe Ponsson verlor als Letzter 7,1 sec auf Márquez, der konstant schnelle Zeiten vorlegte. 23 Minuten vor Schluss ging Scott Redding in Kurve 15 mit seiner Aprilia zu Boden. In derselben Kurve flog kurz darauf auch Rookie Takaaki Nakagami ab. Reddings Teamkollege Aleix Espargaró lag nur auf Platz 23 hinter Tom Lüthi und Hafizh Syahrin und büßte 2,287 sec ein. Jack Miller landete im Kies von Kurve 16. Petrucci schob sich auf Platz 3 nach vorne. Johann Zarco preschte acht Minuten vor Schluss auf Platz 2 hinter Márquez, doch der Franzose büßte 0,448 sec auf den WM-Leader ein. Auf Platz 3 lag Pirro vor Petrucci, Dovizioso, Rossi, Iannone, Crutchlow und Lorenzo. Stefan Bradl lag mit 1,240 sec auf dem 14. Rang. Ducati-Ass Jorge Lorenzo legte mit 1:32,358 min die bis dahin schnellste Zeit des Wochenendes vor und lag somit 0,179 sec vor Márquez. In Kurve 15 stürzte Suzuki-Pilot Andrea Iannone. Andrea Dovizioso entriss Lorenzo Platz 1 mit 1:32,198 min. Crutchlow belegte Platz 3 vor Viñales und Márquez. Rossi schob sich auf Platz 8 nach vorne. Mit 1:32,198 min blieb Andrea Dovizioso mit 0,160 sec Vorsprung auf Jorge Lorenzo an der Spitze. Auf Platz 3 folgte Cal Crutchlow vor Maverick Viñales und Marc Márquez. Valentino Rossi landete auf Platz 8. Die KTM-Piloten Smith und Pol Espargaró belegten die Ränge 20 und 24. HRC-Testfahrer Stefan Bradl erreichte Platz 19 mit 1,462 sec Rückstand. Tom Lüthi landete auf der 23. Position. Der Endstand: 1. Andrea Dovizioso 1:32,198 min 2. Jorge Lorenzo +0,160 sec 3. Cal Crutchlow +0,187 4. Maverick Viñales +0,213 5. Marc Márquez +0,339 6. Danilo Petrucci +0,524 7. Alex Rins +0,577 8. Valentino Rossi +0,588 9. Franco Morbidelli +0,782 10. Johann Zarco +0,787 Ferner: 19. Stefan Bradl +1,462 20. Bradley Smith +1,617 ... 23. Tom Lüthi +2,080 24. Pol Espargaró +2,263