Dal nuovo asfalto del Montmelò ci si attendeva un incremento del grip. Invece la superficie del circuito catalano nelle prime due sessioni di libere ha dato risposte non univoche a seconda del tipo di gomma scelta ed il lavoro sugli pneumatici resta fondamentale ai fini della gara. Al mattino, con temperature ancora non troppo alte, il migliore è stato Valentino Rossi in 1'39"456. Il pesarese è stato però l'unico dei big a lanciarsi in un vero e proprio giro veloce nel finale, montando una gomma soft al posteriore della sua Yamaha. Subito in bella evidenza le Ducati ufficiali: Andrea Dovizioso ha chiuso la sessione secondo, con un ritardo di 0,347 millesimi, Jorge Lorenzo terzo a 0,348. Con la vittoria al Mugello il maiorchino sembra essersi sbloccato psicologicamente e nel pomeriggio - quando la temperatura dell'asfalto ha sfiorato i 40 gradi - ha ottenuto il tempo di gran lunga migliore, in 1'38"930. Si è rivisto in azione il 'Martillo', con la sua guida sicura e precisa. Dietro, staccato di poco, un ottimo Andrea Iannone con la Suzuki (+0.107), seguito dalla Yamaha di Maverick Vinales (+0.492). Dovizioso ha firmato il quarto tempo (+0.513), Cal Crutchlow il quinto (+0.528) e Danilo Petrucci il sesto (+0.689). Fuori dai primi 10 migliori tempi sia Rossi (undicesimo, partito con la stessa doppia soft dell'ultima uscita in pista) che Marc Marquez (dodicesimo, era stato quarto nella prima sessione).