Zu Beginn des 20-minütigen Warm-ups lag Tech3-Yamaha-Pilot Johann Zarco an der Spitze. Er wird vom neunten Startplatz in das sechste MotoGP-Rennen der Saison gehen. Kurz darauf stürmte Pramac-Ducati-Pilot Jack Miller vor Honda-Ass Marc Márquez an die Spitze. WM-Leader Márquez, der mit 36 Punkten Vorsprung in das Rennen von Mugello geht, erreichte am Samstag nur Startplatz 6. Der dritte Sektor machte dem Spanier zu schaffen, da sein Vorderreifen dort überhitzte. Márquez legte mit 1:47,655 min die neue Bestzeit vor und lag damit 0,033 sec vor Ducati-Pilot Jorge Lorenzo. Mit Danilo Petrucci, Andrea Dovizioso und Jack Miller folgten auf den Plätzen 3 bis 5 drei weitere Ducati-Fahrer. Andrea Dovizioso, der zwar nur Startplatz 7 erreichte, aber von seiner schnellen Pace überzeugt ist, preschte in 1:47,551 min um die 5,2 Kilometer lange Strecke und schob sich so auf Platz 1 nach vorne. Diese Position hielt er jedoch nicht lange, denn Andrea Iannone war mit der Suzuki GSX-RR 0,135 sec schneller. Marc Márquez erklärte am Freitag: "Iannone hat die beste Pace, die anderen Fahrer liegen sehr eng beisammen." Mit 1:47,339 min eroberte Márquez die Spitze vor Iannone, der 0,077 sec zurücklag, Dovizioso und Petrucci zurück. Márquez war dabei auf dem Medium-Vorderreifen und dem harten Hinterreifen unterwegs. Iannone verdrängte Márquez mit 1:47,080 min wieder von Platz 1. Am Ende des MotoGP-Warm-ups hatte Suzuki-Pilot Andrea Iannone mit seiner Zeit von 1:47,080 min die Nase vorne. Zum Vergleich: Valentino Rossis Pole-Zeit lag am Samstag bei 1:46,208 min. 0,259 sec hinter Iannone folgte Marc Márquez vor Andrea Dovizioso, der 0,318 sec einbüßte, Maverick Viñales, Danilo Petrucci, Jorge Lorenzo und Valentino Rossi. Als Siebter verlor Pole-Setter Rossi 0,660 sec auf Iannones Bestzeit. Die Red Bull-KTM-Piloten Pol Espargaró und Bradley Smith landeten auf den Plätzen 15 und 20. Espargaró lag 1,1 sec zurück, Smiths Rückstand betrug 1,5 sec. MotoGP-Rookie Tom Lüthi erreichte auf der Marc VDS-Honda nur den 22. Rang vor Karel Abraham und Xavier Simeon. Der Schweizer büßte 1,7 sec auf die Bestzeit ein.