Webber 1:223.112-es idővel nyitott 22 perc elteltével, de öt perccel később Alonso 1:23.030-cal átvette az első helyet. Amikor a közepes keverékre váltotta, Webber 0.2 másodperces előnnyel újra Alonso elé került, majd Vettel mindkettőjüket átugrotta. Alonsónak végül sikerült Webber elé kerülnie, de Vettelt már nem tudta megelőzni.
A Lotus pilótája Kimi Räikkönen és a ferraris Felipe Massa végzett még az első ötben.
Lewis Hamilton az edzés elején a 11-es kanyarnál autójával megpördült, de probléma nélkül folytatni tudta a munkát és a hatodik helyen végzett csapattársa, Nico Rosberg előtt.
A gumikopás ismét magas volt és a Force Indiánál izgulhattak, amikor Paul di Resta bal hátsó abroncsa a célegyenesben eldurrant, a skót pilóta a fűre kényszerült. Di Resta a 10. helyen végzett, két hellyel csapattársa, Adrian Sutil mögött.
Jean-Eric Vergne ékelődött be kettejük közé, erős teljesítményt nyújtva a Toro Rossóval, míg csapattársa, Daniel Ricciardo a 11. lett.
A McLaren csak a 12. és 13. helyen zárt. Jenson Button és Sergio Perez megkezdte a fejlesztési csomag kiértékelését.
A mezőny végén a Caterham pilótája, Giedo van der Garde a Marussia elé került, egy tizedmásodperccel előzte meg a Ferrari támogatását élvező Jules Bianchit. Majdnem egy másodperces hátránnyal csapattársához képest Charles Pic az utolsó helyezett brit Max Chilton előtt végzett.
A Spanyol Nagydíj harmadik szabadedzése helyi idő szerint szombaton, 11 órakor veszi kezdetét.
Spanyol Nagydíj - 2. szabadedzés végeredménye:
| Hely | Versenyző | Csapat | Idő | Körök |
| 1 | Sebastian Vettel | Red Bull | 1:22.808 | 34 |
| 2 | Fernando Alonso | Ferrari | 1:22.825 | 35 |
| 3 | Mark Webber | Red Bull | 1:22.891 | 36 |
| 4 | Kimi Räikkönen | Lotus | 1:23.030 | 32 |
| 5 | Felipe Massa | Ferrari | 1:23.110 | 37 |
| 6 | Lewis Hamilton | Mercedes | 1:23.140 | 35 |
| 7 | Nico Rosberg | Mercedes | 1:23.398 | 45 |
| 8 | Adrian Sutil | Force India | 1:23.840 | 37 |
| 9 | Jean-Éric Vergne | Toro Rosso | 1:24.058 | 31 |
| 10 | Paul di Resta | Force India | 1:24.104 | 25 |
| 11 | Daniel Ricciardo | Toro Rosso | 1:24.175 | 32 |
| 12 | Jenson Button | McLaren | 1:24.306 | 35 |
| 13 | Sergio Perez | McLaren | 1:24.854 | 31 |
| 14 | Valtteri Bottas | Williams | 1:24.888 | 38 |
| 15 | Nico Hülkenberg | Sauber | 1:25.167 | 38 |
| 16 | Pastor Maldonado | Williams | 1:25.321 | 32 |
| 17 | Esteban Gutiérrez | Sauber | 1:25.441 | 37 |
| 18 | Romain Grosjean | Lotus | 1:25.851 | 36 |
| 19 | Giedo van der Garde | Caterham | 1:25.963 | 30 |
| 20 | Jules Bianchi | Marussia | 1:26.078 | 31 |
| 21 | Charles Pic | Caterham | 1:26.930 | 35 |
| 22 | Max Chilton | Marussia | 1:26.970 | 26 |
