Obwohl Romano Fenati der erste Moto3-Pilot war, der im zweiten Freien Training zum Italien Grand Prix unter die 2:01-Minuten-Marke kam, stand am Ende der Session wieder Maverick Vinales an der Spitze der Zeitenliste. Mit einer unschlagbaren Zeit von 1:59.676 Minuten lag der junge Spanier 0.314 Sekunden vor Lokalmatador Fenati. Danny Kent platzierte sich wieder stark auf Rang drei. Niccolo Antonelli rangierte vor den heimischen Fans auf Platz vier.

Alexis Masbou, der am letzten Wochenende in Deutschland auf dem Podest gelandet war, komplettierte die Top-5. Alberto Moncayo folgte als Sechster. Sandro Cortese kam mit 0.648 Sekunden Rückstand auf Vinales nur auf Rang sieben. Miguel Oliveira folgte als Achter vor Alex Rins und Louis Rossi. Toni Finsterbusch wurde 25ster, während Giulian Pedone erneut nur auf Platz 31 landete.

Luis Salom musste zur Sessionmitte einen heftigen Sturz wegstecken. Er rutschte bei hohem Tempo übers Vorderrad weg. Auch Danny Webb musste sein Training frühzeitig beenden. Jack Miller stürzte und musste auf einer Trage von der Strecke gebracht werden. Auch Efren Vazquez flog wenige Minuten vor Trainingsende ab.