Előbb a Mercedes, majd Sebastian Vettel és a Lotus párosa került az élre, ám 24 perc elteltével Fernando Alonso 1:23.006-os idővel vette át a vezetést. A kör messzenem volt tökéletes, de ahhoz elegendő volt, hogy Romain Grosjean és Räikkönen elé kerüljön.
Alonso ideje a leggyorsabb volt a kemény keveréken és amikor az időmérő edzés szimuláció megkezdődött, ő volt az első, aki magasra tette a lécet 1:22.254-es idővel.
Räikkönen jelezte, hogy a Lotus egy körös sebessége jó és az időmérő edzésen számolni kell velük, Alonso idejét 10 perccel az edzés vége előtt 0.347 másodperccel javíotta meg.
Csak egyetlen pilóta tudta megelőzni 2007 világbajnokát, Felipe Massa 1:21.901-gyel szerezte meg az első helyet.
Mark Webber végzett a harmadik helyen, őt Grosjean és Vettel követte. Alonso végül a hatodik helyen zárt.
A Force India két pilótája, Paul di Resta és Adrian Sutil a hetedik és nyolcadik helyen végeztek.
A Mercedes a hosszú etapokon dolgozott, Lewis Hamilton és Nico Rosberg teljesítette a legtöbb kört. A két pilóta a kilencedik és 11. helyen végzett, közéjük a lenyűgöző teljesítményt nyújtó Toro Rosso pilóta, Jean-Eric Vergne került.
A McLaren tovább szenved. Jenson Button és Sergio Perez az erősen átalakított autóval a 12. és 14. helyen végzett.
A Spanyol Nagydíj időmérő edzése helyi idő szerint 14 órakor veszi kezdetét a Circuit de Catalunya pályán.
Spanyol Nagydíj - 3. szabadedzés végeredménye:
| Hely | Versenyző | Csapat | Idő | Körök |
| 1 | Felipe Massa | Ferrari | 1:21.901 | 13 |
| 2 | Kimi Räikkönen | Lotus | 1:21.907 | 14 |
| 3 | Mark Webber | Red Bull | 1:22.044 | 17 |
| 4 | Romain Grosjean | Lotus | 1:22.069 | 13 |
| 5 | Sebastian Vettel | Red Bull | 1:22.229 | 17 |
| 6 | Fernando Alonso | Ferrari | 1:22.254 | 15 |
| 7 | Paul di Resta | Force India | 1:22.574 | 11 |
| 8 | Adrian Sutil | Force India | 1:22.729 | 17 |
| 9 | Lewis Hamilton | Mercedes | 1:22.740 | 24 |
| 10 | Jean-Éric Vergne | Toro Rosso | 1:22.759 | 15 |
| 11 | Nico Rosberg | Mercedes | 1:22.839 | 26 |
| 12 | Jenson Button | McLaren | 1:23.151 | 13 |
| 13 | Esteban Gutiérrez | Sauber | 1:23.371 | 21 |
| 14 | Sergio Perez | McLaren | 1:23.373 | 12 |
| 15 | Pastor Maldonado | Williams | 1:23.385 | 17 |
| 16 | Nico Hülkenberg | Sauber | 1:23.388 | 18 |
| 17 | Valtteri Bottas | Williams | 1:23.660 | 16 |
| 18 | Daniel Ricciardo | Toro Rosso | 1:23.767 | 17 |
| 19 | Charles Pic | Caterham | 1:24.775 | 18 |
| 20 | Jules Bianchi | Marussia | 1:24.793 | 16 |
| 21 | Max Chilton | Marussia | 1:25.135 | 17 |
| 22 | Giedo van der Garde | Caterham | 1:25.250 | 18 |
