Bár az előrejelzések szerint akár esős is lehetett volna a szombat, ilyen időjárási jelenségnek egyelőre nyoma sincs Barcelonában, így a mezőny a tervek szerint fejezhette be felkészülési programját az időmérőre és a versenyre.
Az első félóra viszonylag csendesebben telt el: előbb Sergio Perez, majd Kimi Raikkönen állt az élre, még a közepes keverékeket használva. A Mercedesek azonban pályára lépésükkor már azonnal a lágy gumikon kezdtek, és Nico Rosberg állt az élre Lewis Hamilton előtt, akik ekkor nagyjából egy másodperccel vezettek a közepeseken köröző Ferrarik előtt.
Nagyjából 20 perccel a leintés előtt Rosberg problémát jelzett a rádión csapatának, és elővigyázatosságból lassú tempóban tért vissza a bokszba. Ezzel úgy tűnt, elveszíti az esélyt arra, hogy az edzés záró perceiben egy utolsó gyorskört fusson az időmérőre való hangolódás jegyében, ám a Mercedes gyorsan elhárította a fennakadást, amit elmondásuk szerint egy szenzor meghibásodása okozott, így a német még visszatérhetett a pályára.
Végül Hamilton volt az, aki korábban befejezte a munkát, a brit öt perccel a vége előtt túl volt tervezett etapjain, de csapattársához képest egytizeddel lassabb kört tudott csak elérni. A hajrában a Ferrarik is kimutatták a foguk fehérjét a lágy abroncsokon, Sebastian Vettel két századra meg tudta közelíteni Hamiltont, ezzel a harmadik helyen zárta a délelőttöt, Raikkönent azonban forgalom lassította, így végül a hatodik lett.
A két Ferrari közé a Red Bullok ékelődtek be, ráadásul a csapat új pilótája, Max Verstappen lett a negyedik, aki egy tizeddel jobb tudott lenni Daniel Ricciardónál, noha az ausztrál jól láthatóan egy helyen szélesen fordult a gyorskörében.
Az időmérő edzés 14 órakor veszi kezdetét Barcelonában.
A harmadik szabadedzés végeredménye:
| # | Versenyző | Csapat | Idő/Hátrány | Kör |
| 1 | Nico Rosberg | Mercedes | 1:23.078 | 15 |
| 2 | Lewis Hamilton | Mercedes | 0.126 | 11 |
| 3 | Sebastian Vettel | Ferrari | 0.147 | 16 |
| 4 | Max Verstappen | Red Bull-Renault | 0.641 | 10 |
| 5 | Daniel Ricciardo | Red Bull-Renault | 0.738 | 9 |
| 6 | Kimi Raikkonen | Ferrari | 1.032 | 13 |
| 7 | Valtteri Bottas | Williams-Mercedes | 1.278 | 14 |
| 8 | Sergio Perez | Force India-Mercedes | 1.394 | 15 |
| 9 | Daniil Kvyat | Toro Rosso-Ferrari | 1.475 | 13 |
| 10 | Fernando Alonso | McLaren-Honda | 1.477 | 13 |
| 11 | Nico Hulkenberg | Force India-Mercedes | 1.507 | 15 |
| 12 | Felipe Massa | Williams-Mercedes | 1.543 | 15 |
| 13 | Carlos Sainz | Toro Rosso-Ferrari | 1.617 | 21 |
| 14 | Romain Grosjean | Haas-Ferrari | 1.903 | 13 |
| 15 | Jenson Button | McLaren-Honda | 1.973 | 13 |
| 16 | Kevin Magnussen | Renault | 2.022 | 12 |
| 17 | Esteban Gutierrez | Haas-Ferrari | 2.052 | 17 |
| 18 | Jolyon Palmer | Renault | 2.298 | 13 |
| 19 | Felipe Nasr | Sauber-Ferrari | 2.305 | 22 |
| 20 | Marcus Ericsson | Sauber-Ferrari | 2.323 | 24 |
| 21 | Pascal Wehrlein | Manor-Mercedes | 3.019 | 13 |
| 22 | Rio Haryanto | Manor-Mercedes | 3.173 | 19 |
