| Pos | N° | Piloto | Equipo | Vtas | Tiempo | Diferencia |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 5 | Sebastian Vettel | Red Bull-Renault | 14 | 1:38.052 | |
| 2 | 11 | Robert Kubica | Renault | 17 | 1:38.154 | 0.102 |
| 3 | 6 | Mark Webber | Red Bull-Renault | 13 | 1:38.313 | 0.261 |
| 4 | 14 | Adrian Sutil | Force India F1 | 17 | 1:38.500 | 0.448 |
| 5 | 8 | Fernando Alonso | Ferrari | 18 | 1:38.513 | 0.461 |
| 6 | 9 | Rubens Barrichello | Williams-Cosworth | 15 | 1:38.623 | 0.571 |
| 7 | 15 | Vitantonio Liuzzi | Force India F1 | 17 | 1:38.676 | 0.624 |
| 8 | 7 | Felipe Massa | Ferrari | 16 | 1:38.686 | 0.634 |
| 9 | 1 | Jenson Button | McLaren-Mercedes | 16 | 1:38.769 | 0.717 |
| 10 | 2 | Lewis Hamilton | McLaren-Mercedes | 15 | 1:38.816 | 0.764 |
| 11 | 4 | Nico Rosberg | Mercedes GP | 15 | 1:38.822 | 0.770 |
| 12 | 16 | Sebastien Buemi | Toro Rosso | 16 | 1:39.050 | 0.998 |
| 13 | 10 | Nico Hulkenberg | Williams-Cosworth | 15 | 1:39.105 | 1.053 |
| 14 | 12 | Vitaly Petrov | Renault | 16 | 1:39.113 | 1.061 |
| 15 | 3 | Michael Schumacher | Mercedes GP | 14 | 1:39.222 | 1.170 |
| 16 | 17 | Jaime Alguersuari | Toro Rosso | 18 | 1:39.392 | 1.340 |
| 17 | 23 | Kamui Kobayashi | BMW Sauber | 16 | 1:39.527 | 1.475 |
| 18 | 22 | Pedro de la Rosa | BMW Sauber | 16 | 1:39.699 | 1.647 |
| 19 | 19 | Heikki Kovalainen | Lotus | 19 | 1:41.303 | 3.251 |
| 20 | 18 | Jarno Trulli | Lotus | 20 | 1:41.428 | 3.376 |
| 21 | 24 | Timo Glock | Virgin Racing | 17 | 1:41.955 | 3.903 |
| 22 | 25 | Lucas Di Grassi | Virgin Racing | 18 | 1:42.354 | 4.302 |
| 23 | 21 | Bruno Senna | HRT | 18 | 1:42.611 | 4.559 |
| 24 | 20 | Karun Chandhok | HRT | 19 | 1:42.622 | 4.570 |
Sebastian Vettel obtuvo en su última vuelta rápida el mejor tiempo del último ensayo quitándole el primer lugar al polaco Robert Kubica por 102 milésimas, quien finalizó 2º.
En la prueba más pareja del fin de semana que encerró a 12 autos en un segundo y donde el grip de la pista Valenciana mejoró notablemente, Vettel obtuvo como mejor tiempo un registro de 1:38.052 superando en más de 1 segundo el tiempo de ayer de Fernando Alonso.