Moto3クラスのフリー走行3回目は、現地時間午前8時40分から30分間行なわれた。前日に行なわれたフリー走行2で、走行ライン上を低速で走行し、他車の走行に影響を与えたとして、審査委員会はダビド・サルバドール（KTM）とヴィセンテ・ペレス（KTM）に対し、グリッドポジションを最後尾に降格し、決勝レース中にロングラップペナルティを科すことを発表している。

　フリー走行3の天候は空に雲が多いものの晴れでドライコンディションだが、気温、路面温度ともに20度。フリー走行2より路面温度が低い中、初日総合トップのデニス・オンジュ（KTM）が自身のタイムを更新。1分56秒175という最速ラップを叩き出し、オンジュがこれまでのセッション全てでトップに立った。2位に1分56秒542を記録したディエゴ・モレイラ（KTM）、3位には1分56秒691までタイムを詰めたダニエル・オルガド（KTM）がつけた。ジョエル・ケルソ（CFMOTO）は2番手に食い込むタイムを出すも、イエローフラッグ区間に減速しなかったとしてタイムが抹消されている。

　Moto3クラスの予選Q1は、現地時間午後12時50分から15分間で行なわれた。天候は曇り、気温23度、路面温度38度というコンディションの中行なわれたQ1では、1分57秒282を記録したジョエル・ケルソ（CFMOTO）がトップ、ラストアタックで1分57秒314を叩き出した古里太陽（ホンダ）が2位、ステファノ・ネパ（KTM）が1分57秒357で3位、最後にアタックしたヴィセンテ・ペレス（KTM）が1分57秒436までタイムを詰め4位でQ2進出を決めた。山中琉聖（ガスガス）はセッションを通じて上位4位圏内でタイムを推移させるも、最終的にQ1を7位で終えている。

　ポールポジションが決まる予選Q2は、現地時間午後13時15分から15分間で行なわれた。1kmを超えるロングストレートが特徴のムジェロなだけに、各車ライバルのスリップストリームを利用しながらタイムを詰めていく中、これまで全てのセッションでトップに立っているオンジュは単独でタイムを更新していく。驚異の1分56秒020を叩き出したオンジュがポールポジションを獲得、2位はQ1をトップで進出し1分56秒558を記録したケルソ、1分56秒611を出した佐々木歩夢（ハスクバーナ）が3位につけた。

　日本人ライダーは古里が1分57秒358で13位、鈴木竜生（ホンダ）が1分57秒863で17位、鳥羽海渡（ホンダ）は7コーナーでハイサイドを喫し転倒。タイムを更新することができず18位で終わっている。

MotoGP第6戦イタリアGP Moto3クラス2日目予選結果
1 デニス・オンジュ（KTM）1分56秒020（Q2）
2 ジョエル・ケルソ（CFMOTO）1分56秒558（Q2）
3 佐々木歩夢（ハスクバーナ）1分56秒611（Q2）
4 ディエゴ・モレイラ（KTM）1分56秒721（Q2）
5 ダニエル・オルガド（KTM）1分56秒800（Q2）
6 マッテオ・ベルテッレ（ホンダ）1分56秒864（Q2）
7 ステファノ・ネパ（KTM）1分56秒885（Q2）
8 チャビエル・アルティガス（CFMOTO）1分56秒986（Q2）
9 リカルド・ロッシ（ホンダ）1分57秒003（Q2）
10 イバン・オルトラ（KTM）1分57秒095（Q2）
11 ジャウメ・マシア（ホンダ）1分57秒097（Q2）
12 アンドレア・ミニョ（KTM）1分57秒343（Q2）
13 古里太陽（ホンダ）1分57秒358（Q2）
14 ヴィセンテ・ペレス（KTM）1分58秒402（Q2）
15 スコット・オグデン（ホンダ）1分57秒474（Q2）
16 ダビド・アロンソ（ガスガス）1分57秒518（Q2）
17 鈴木竜生（ホンダ）1分57秒863（Q2）
18 鳥羽海渡（ホンダ）1分58秒606（Q2）
19 ホセ・アントニオ・ルエダ（KTM） 1分57秒494（Q1）
20 ダビド・サルバドール（KTM）1分57秒628（Q1）
21 山中琉聖（ガスガス）1分57秒665（Q1）
22 ロマーノ・フェナティ（ホンダ）1分57秒854（Q1）
23 コリン・ベイヤー（ハスクバーナ）1分57秒861（Q1）
24 フィリッポ・ファリオーリ（KTM）1分57秒931（Q1）
25 ルカ・ルネッタ（KTM）1分58秒427（Q1）
26 マリオ・アジ（ホンダ）1分58秒661（Q1）
27 ジョシュア・ワットリー（ホンダ）1分58秒938 （Q1）
28 アナ・カラスコ（KTM）1分59秒593（Q1）