A délutáni edzésre jelentősen felmelegedett a levegő Szocsiban, az aszfalt hőmérséklete azonban szokatlan módon nem emelkedett ezzel együtt, aminek hatását figyelembe kellett venni az autók beállításakor. Megcsúszásokból ezúttal sem volt hiány, a 2-es kanyar féktávja mellett ezúttal a célegyenesre rávezető dupla jobbos volt a slágerhelyszín, ahova olykor többen is túl nagy tempóval érkeztek, így csak az aszfaltozott, az orosz zászló színeire festett bukótérben tudtak visszakanyarodni a pályára.
Bár a pálya új, a csapatok kitartottak a bevett menetrend mellett, azaz az edzés első felében az egykörös tempót, a másodikban pedig a hosszú etapokat gyakorolták, így az első óra végére ki is rajzolódott a sorrend a tabellán. A lágy gumik fejhelyezésével a köridők rohamosan javultak, miközben a Williams, a McLaren és a Mercedes versenyzői folyamatosan igyekeztek felülmúlni az aktuális etalont. A viaskodásnak aztán Hamilton vetett véget, amikor felállította mindenki másnál több mint nyolc tizeddel erősebb, 1:39,630-as körét, ami a délelőtt közepes keverékeken futott legjobbnál is majdnem három másodperccel erősebbnek bizonyult.
Kevin Magnussen tudott hozzá a legközelebb végezni, akit a szokás szerint erősen teljesítő Fernando Alonso követett, míg Nico Rosberg csak a negyedik helyen végzett a délelőtti abszurd problémája után ismét pályára lépő Valtteri Bottas és Jenson Button előtt. A motorerőt előnybe helyező pálya a Mercedes ügyfeleinek kedvezhet, közülük is ezúttal a McLaren lehet különösen bizakodó, hiszen régen látott erős formát mutattak a rövid és hosszú etapok során is, és az első elemzések szerint ezúttal talán felvehetik a harcot a Williamsszel a dobogóért.
A Red Bullok viszont visszafogottabb teljesítményt mutattak: Sebastian Vettel csak a 9., Daniel Ricciardo pedig 13. lett, az ausztrál autója ráadásul műszaki hiba miatt meg is állt néhány perccel a leintés előtt a padlógázos 12-es kanyar külső ívén. Mivel nem volt a közvetlen közelben emelődaru, az edzést piros zászlóval leállították, majd a Red Bull gyors eltávolítása után az utolsó három percre még újra is tudták indítani, így aki akarta, még elvégezhette a pénteki utolsó simításokat.
Az események szombat délelőtt közép-európai idő szerint 10 órakor folytatódnak a harmadik szabadedzéssel.
A második edzés végeredménye:
| # | Versenyző | Csapat | Idő | Hátrány | Kör |
| 1 | Lewis Hamilton | Mercedes AMG Petrona | 1:39.630 | - | 27 |
| 2 | Kevin Magnussen | McLaren Mercedes | 1:40.494 | 0.864 | 32 |
| 3 | Fernando Alonso | Scuderia Ferrari | 1:40.504 | 0.874 | 32 |
| 4 | Nico Rosberg | Mercedes AMG Petronas | 1:40.542 | 0.912 | 30 |
| 5 | Valtteri Bottas | Williams Martini Racing | 1:40.573 | 0.943 | 33 |
| 6 | Jenson Button | McLaren Mercedes | 1:40.718 | 1.088 | 32 |
| 7 | Felipe Massa | Williams Martini Racing | 1:40.731 | 1.101 | 30 |
| 8 | Daniil Kvyat | Scuderia Toro Rosso | 1:41.108 | 1.478 | 32 |
| 9 | Sebastian Vettel | Infiniti Red Bull Racing | 1:41.396 | 1.766 | 30 |
| 10 | Jean-Eric Vergne | Scuderia Toro Rosso | 1:41.531 | 1.901 | 33 |
| 11 | Kimi Raikkonen | Scuderia Ferrari | 1:41.630 | 2.000 | 24 |
| 12 | Nico Hulkenberg | Sahara Force India | 1:41.677 | 2.047 | 27 |
| 13 | Daniel Ricciardo | Infiniti Red Bull Racing | 1:42.061 | 2.431 | 25 |
| 14 | Sergio Perez | Sahara Force India | 1:42.090 | 2.460 | 29 |
| 15 | Adrian Sutil | Sauber F1 Team | 1:42.233 | 2.603 | 31 |
| 16 | Romain Grosjean | Lotus F1 Team | 1:42.892 | 3.262 | 30 |
| 17 | Pastor Maldonado | Lotus F1 Team | 1:42.905 | 3.275 | 33 |
| 18 | Esteban Gutierrez | Sauber F1 Team | 1:43.055 | 3.425 | 33 |
| 19 | Marcus Ericsson | Caterham F1 Team | 1:44.135 | 4.505 | 22 |
| 20 | Max Chilton | Marussia F1 Team | 1:44.530 | 4.900 | 29 |
| 21 | Kamui Kobayashi | Caterham F1 Team | 1:44.952 | 5.322 | 27 |
