El piloto valenciano de Moto3 Arón Canet (Estrella Galicia 0,0) comenzó liderando la primera sesión de los entrenamientos libres del Gran Premio de San Marino en el circuito de Misano, que amaneció mojado por la lluvia, pero terminó la jornada en la octava posición. A pesar de la clasificación, Canet se mostró optimista y celebró haber sido «consistente y rápido» durante el entrenamiento.

Siguiendo en esta categoría, el italiano Fabio di Giannantonio (Honda) acabó convirtiéndose en el líder, por delante de su propio compañero de equipo, el español Jorge Martín (Honda), que no disputó los entrenamientos matinales, con agua en algunas zonas de la pista, para evitar una caída que lastrase su recuperación definitiva tras la lesión de Alemania.

Al frente de la clasificación provisional de MotoGP se puso el italiano Danilo Petrucci (Ducati Desmosedici GP17), en detrimento del español Marc Márquez (Repsol Honda RC 213 V), que había sido el más rápido en la primera tanda de pruebas libres y también fue el primero en rebajar su tiempo en la segunda.

Márquez, que logró un registro de 1:33.475 en su sexta vuelta, se mantuvo al frente de la clasificación durante un buen espacio de tiempo, pero en los últimos diez minutos se produjeron todos los cambios y sorpresas que hasta entonces no se habían dado. La primera fue la caída del propio Márquez, que perdió adherencia en el tren delantero de su Repsol Honda RC 213 V buscando los límites de la misma, y aunque ello no le reportó ningún daño físico de consideración, sí que le hizo perder un tiempo precioso cuando todos sus rivales apretaban al máximo.

Fue en esos instantes cuando el italiano Michelle Pirro se puso segundo con su Ducati Desmosedici GP17 para desbancar de esa posición al español Jorge Lorenzo (Ducati Desmosedici GP17), aunque ambos se vieron superados por una retahíla de pilotos de los minutos finales para concluir séptimo y octavo, respectivamente.

Otro italiano Mattia Pasini (Kalex) ejerció de anfitrión al término de la primera jornada de Moto2, por delante de su compatriota Franco Morbidelli (Kalex) y el japonés Takaaki Nakagami (Kalex), si bien el español Alex Márquez (Kalex) fue el dominador de la jornada matinal, aunque se fue por los suelos de manera violenta en los últimos minutos de la misma y tuvo que ser trasladado en camilla y ambulancia hasta la clínica del trazado, en donde además de una fisura de cadera se detectó un hematoma que presionaba el nervio ciático.