MotoGP第15戦日本GPは、栃木県のツインリンクもてぎで二日目の予選を行なった。二日目も天候に恵まれ、各クラス、ドライコンディションで予選が争われた。
MotoGPクラスではアンドレア・ドビジオーゾ（ドゥカティGP14）が1分44秒502でポールポジションを獲得した。
MotoGPクラスの予選は、3回のフリー走行総合上位11位以下のライダーによる予選1回目から行なわれた。この中からアレックス・エスパロガロ（フォワード-ヤマハ）とアルバロ・バウティスタ（ホンダRC213V）の二人が勝ち上がり、予選2回目に進出。フリー走行総合上位10名のライダーと共に、予選2回目に臨んだ。
予選2回目、開始4分過ぎにリーダーボードのトップに立ったのはドビジオーゾ。5分過ぎにはホルヘ・ロレンソ（ヤマハYZR-M1）、バレンティーノ・ロッシ（ヤマハYZR-M1）が相次いでファステストラップを更新。2セット目のタイヤでのアタックが開始されると、マルク・マルケス（ホンダRC213V）が残り3分でトップに立つ。その後、残り2分でダニ・ペドロサ（ホンダRC213V）がファステストを更新してトップに立つ。しかし、ドビジオーゾが最後のアタックで1分44秒502をたたき出し、
2010年の日本GP以来となるMotoGPクラス通算2回目、今シーズン初のポールポジションを獲得した。
2番手には1分44秒557でロッシ（ヤマハYZR-M1）が続いた。ペドロサは最後のアタックの際にセカンドアンダーブリッヂ先の12コーナーで転倒を喫したが、1分44秒755で3番手フロントロウを獲得。
マルケスは1分44秒775で4番手、ロレンソが1分44秒784で5番手。6番手に1分44秒854でアンドレア・イアンノーネ（ドゥカティGP14）、7番手に1分44秒867でポル・エスパロガロ（ヤマハYZR-M1）、8番手に1分44秒898でカル・クロッチロウ（ドゥカティGP14）。ここまでのライダーが、2012年にロレンソが記録したポールレコードを更新した。
9番手に1分45秒005でステファン・ブラドル（ホンダRC213V）、10番手に1分45秒044でブラッドリー・スミス（ヤマハYZR-M1）のトップ10。予選1回目から2回目に進出したアレックス・エスパロガロは1分45秒315で11番手。バウティスタは1分45秒677で12番手。
以下、予選1回目のタイム順に13番手に1分45秒971でヨニー・ヘルナンデス（ドゥカティGP14）。14番手に1分46秒465でニッキー・ヘイデン（ホンダRCV1000R）。15番手に1分46秒499でスコット・レディング（ホンダRCV1000R）。16番手に1分46秒796でエクトル・バルベラ（ドゥカティGP14）。17番手に1分46秒876で中須賀 克行（ヤマハYZR-M1）。18番手に1分46秒915で青山 博一（ホンダRCV1000R）。19番手に1分46秒948でカレル・アブラハム（ホンダRCV1000R）。20番手に1分47秒092でアレックス・デ・アンジェリス（フォワード-ヤマハ）。21番手に1分47秒757でダニロ・ペトルッチ（ART）。22番手に1分48秒144でマイケル・ラバティ（PBM）。23番手に1分48秒185でマイク・デ・ミオ（FTR）。24番手に1分48秒261でブロック・パークス（PBM）の順で決勝レースに臨む。
Moto2クラスはエステブ・ラバット（カレックス）が1分50秒854でポールポジションを獲得した。Moto2クラスの予選は気温23度、路面温度35度のドライコンディションで争われた。セッション序盤からラバットとトーマス・ルティ（スーター）がリーダーボードのトップを争い、中盤の開始17分過ぎにルティがトップに立つと終盤までその座をキープする。ラバットは中盤以降、アタックを重ねるも、なかなかルティのタイムを更新できない。しかし、セッション終了間際にラバットは1分50秒854のファステストラップを記録。チェコGP以来、今シーズン8回目となるポールポジションを獲得した。
ルティは終盤にタイムを更新することができず、1分50秒887で2番手に。ヨハン・ザルコ（ケータハム・スーター）が終盤のアタックで1分51秒157を記録し、3番手を獲得した。
4番手に1分51秒222でマーベリック・ビニャーレス（カレックス）。5番手に1分51秒312でミカ・カーリョ（カレックス）。中上 貴晶（カレックス）は最後のアタックで1分51秒317の自己ベストを記録、2列目6番手スタートを獲得した。
7番手に1分51秒454でフリアン・シモン（カレックス）。8番手に1分51秒524でフランコ・モルビデリ（カレックス）。9番手に1分51秒543でアクセル・ポンス（カレックス）。10番手に1分51秒555でマーセル・シュローター（テック3）の順で続いた。高橋裕紀（モリワキ）は1分52秒377で24番手、小山知良（NTS）は1分52秒646で27番手から決勝レースに臨む。
Moto3クラスはダニー・ケント（ハスクバーナ）が1分56秒555でポールポジションを獲得。Moto3クラスの予選は気温24度、路面温度39度のドライコンディションで開催された。セッション序盤、開始5分過ぎにファステストラップを記録したのはアレックス・リンス（ホンダ）。しかし、リンスはその直後にヘアピンで転倒を喫してしまう。このため、ピットに戻ってマシン修復に時間をかけることになった。
開始6分過ぎにニッコロ・アントネッリ（KTM）がリーダーボードのトップに立ち、セッション中盤までをリードする。残り20分を切ったところでミゲール・オリビエラ（マヒンドラ）がトップに。オリビエラは2周連続でファステストラップを更新する。
ケントが残り5分を切ったところで1分56秒770を記録してトップに立つと、続く周回で1分56秒555を記録。2012年に自身が記録したベストポールタイムを大きく更新して、今シーズン初のポールポジションを獲得した。
セッション終了間際のアタックで1分56秒899をたたき出したアントネッリが2番手に浮上。3番手に1分56秒907でジョン・マクフィー（ホンダ）が続き、オリビエラは1分57秒049で4番手に。
タイトルを争うジャック・ミラー（KTM）はセッション序盤に5コーナーでハイサイドを起こし転倒。ピットに戻ってマシンを修復した後、終盤に1分57秒081を記録して5番手。6番手に1分57秒100でイサック・ビニャーレス（KTM）が続いた。ポイントリーダーのアレックス・マルケス（ホンダ）は1分57秒114で7番手。8番手に1分57秒170でブラッド・ビンダー（マヒンドラ）が続き、リンスは1分57秒212で9番手。10番手に1分57秒230でファン・ゲバラ（カレックス‐KTM）の順となった。ワイルドカードの日本勢は大久保 光（ホンダ）が1分58秒364で26番手、山田 誓己（ホンダ）が1分59秒361で31番手から決勝に臨む。
