El español Jorge Lorenzo (Yamaha YZR M 1) y el francés Johann Zarco (Kalex) marcaron los mejores tiempos a ritmo de récord de vuelta rápida en sus respectivos entrenamientos del Gran Premio de San Marino, en los que el italiano Enea Bastianini (Honda) fue el más rápido en Moto3 para regocijo de la entusiasta afición local, volcada como nunca con su ídolo, Valentino Rossi (Yamaha YZR M 1). Lorenzo logró su tercera mejor clasificación del año y, con un nuevo récord de vuelta rápida, sumó su quincuagésima novena pole position, que le coloca a sólo dos del récord absoluto del italiano Valentino Rossi y deja atrás al australiano Michael Doohan (Honda), que logró un total de 58 en su carrera deportiva.

La única sesión oficial comenzó a un ritmo frenético, pero en la segunda vuelta Jorge Lorenzo ya marcó el ritmo, 1:32.357, con Marc Márquez segundo a casi tres décimas (1:32.641) y Valentino Rossi (Yamaha YZR M 1), en la cuarta plaza, 1:33.190, mientras que el español Pol Espargaró (Yamaha YZR M 1), por entonces sexto, se fue al suelo. Pol intentó arrancar la moto para regresar a su taller, pero le resultó imposible y tuvo que dar por finalizada su participación en la segunda clasificación al no tener disponible su segunda moto.

Mientras Marc Márquez entró en su taller para el primer cambio de rueda trasera en la tercera vuelta, su compañero en el equipo Repsol Honda, Dani Pedrosa, se colocó segundo (1:32.589), pero tanto Lorenzo como Márquez volvían a estar ya con parciales de vuelta rápida y fue el piloto de Yamaha el primero en lograr su objetivo, con 1:32.146. Ese registro acabó siendo el bueno, ya que ningún rival pudo batirlo, y en ese instante el representante de Repsol Honda decidió entrar nuevamente en su taller y desistir de esa oportunidad para buscar un tercer cambio de neumático que supusiese, sin éxito, un revulsivo a su rendimiento.

Márquez salió con un tercer juego de neumáticos, pero falló en ese intento al lograr un 1:32.252 que le dejó a escasamente una décima de segundo de Lorenzo y por detrás Rossi, que sí supo mejorar su rendimiento para garantizarse el objetivo buscado a lo largo del fin de semana: un puesto en la primera línea de salida.

El francés Johann Zarco (Kalex) le arrebató el mejor tiempo al español Alex Rins (Kalex) en los dos últimos minutos de la sesión de Moto2, si bien fue éste quien imprimió un fuerte ritmo a su rendimiento, que le permitió en todo momento liderar la sesión por delante de sus dos grandes rivales. A cinco minutos del final cambió el desarrollo del entrenamiento y el francés Johann Zarco, con su último juego de neumáticos nuevo, logró un registro de 1:36.754 que le situó líder por escasamente dos milésimas de segundo sobre Rins.

El italiano Enea Bastianini (Honda) acertó en la puesta a punto de su moto y regaló a los miles de aficionados presentes en el circuito de Misano Adriático el mejor tiempo de Moto3, después de doblegar en el tramo final de los entrenamientos al resto de competidores. Bastianini sorprendió a todos sus rivales en la penúltima vuelta y, aunque alguno lo intentó hasta la última vuelta, como en el caso del propio Danny Kent, quien protagonizó su mejor vuelta, en el giro final, 1:42.782, ninguno pudo acercarse más allá de las 37 milésimas de segundo a las que se quedó el surafricano Brad Binder (KTM), segundo.