Mit einer schnellsten Runde von 1:47.473 Minuten hatte Jorge Lorenzo nach deutlicher Dominanz in den bisher gefahrenen Sessions auch im Warm-Up von Mugello die Nase klar vorn. Andrea Dovizioso kam seinem Markenkollegen am Nächsten, verlor allerdings schon 0.462 Sekunden auf Lorenzo. Casey Stoner konnte sich zwar nicht signifikant verbessern, fuhr aber die drittschnellste Zeit.

Dani Pedrosa belegte den vierten Rang vor Nicky Hayden und Stefan Bradl. Der Deutsche ließ Cal Crutchlow hinter sich. Ben Spies kam trotz eines weiteren Ausrittes in Kurve eins auf den achten Platz. Hector Barbera, der am Nachmittag zum ersten Mal aus Reihe eins starten wird, fuhr die neuntschnellste Zeit, Valentino Rossi komplettierte die Top-10.

Alvaro Bautista folgte als Elfter vor Randy de Puniet, der sich den besten CRT-Rang mit 2.110 Sekunden Rückstand auf Lorenzo zurückeroberte, nahm den zwölften Platz ein, Mattia Pasini verbesserte sich auf Rang 13. Aleix Espargaro und Yonny Hernandez folgten innerhalb der Top-15. Ivan Silva, Michele Pirro und Danilo Petrucci belegten die Positionen 16 bis 18. Colin Edwards und James Ellison bildeten die Schlusslichter.