A tét nélküli negyedik edzés után máris jött az időmérő első szakasza a MotoGP San Marinó-i Nagydíjának, amelynek első szakaszában az volt a kérdés, melyik két motoros jut még be a legjobbak mellé a Q2-be. Az első körök után Dani Pedrosa vezetett Andrea Iannone előtt, utóbbit azonban végül kiszorította Franco Morbidelli, azaz két hondás versenyző harcolta ki a továbbjutást, megelőzve a suzukis olaszt, valamint a szabadkártyával induló és egy esést is begyűjtő Michele Pirrót.
A Q2-ben Marc Marquez kapásból megfutotta a hétvége legjobb idejét, de Jorge Lorenzo rákontrázott, s 1:31,7-es körével a saját 2016-os pályacsúcsát is megdöntötte. Ők ketten egyaránt hárometapos stratégia mellett tették le a voksukat, a spanyol azonban a második próbálkozása során bukott, így a sóderágyból kirohanva, robogón kellett visszatérnie a bokszba. Mindezt kihasználva Jack Miller be is ugrott elé a második helyre a Pramac Ducatival.
A fináléban aztán csak Lorenzo tudott tovább gyorsulni, így végül 1:31,629-es körrekorddal zsebelte be a pole-t. Miller megőrizte a második helyét, az első sort pedig a legvégén javító Maverick Vinales teszi majd teljessé vasárnap. Andrea Dovizioso így kiszorult onnan, ahogy Marquez és a hozzá hasonlóan a hajrában szintén eleső Cal Crutchlow is. Valentino Rossinak be kell érnie a hetedik rajthellyel, míg a top10-be Danilo Petrucci, Johann Zarco és Alex Rins fért még be.
Az időmérő edzés végeredménye:
| 1. | Jorge LORENZO | SPA | Ducati Team | Ducati | 1'31.629 | |
| 2. | Jack MILLER | AUS | Alma Pramac Racing | Ducati | 1'31.916 | 0.287 / 0.287 |
| 3. | Maverick VIÑALES | SPA | Movistar Yamaha MotoGP | Yamaha | 1'31.950 | 0.321 / 0.034 |
| 4. | Andrea DOVIZIOSO | ITA | Ducati Team | Ducati | 1'32.003 | 0.374 / 0.053 |
| 5. | Marc MARQUEZ | SPA | Repsol Honda Team | Honda | 1'32.016 | 0.387 / 0.013 |
| 6. | Cal CRUTCHLOW | GBR | LCR Honda CASTROL | Honda | 1'32.025 | 0.396 / 0.009 |
| 7. | Valentino ROSSI | ITA | Movistar Yamaha MotoGP | Yamaha | 1'32.028 | 0.399 / 0.003 |
| 8. | Danilo PETRUCCI | ITA | Alma Pramac Racing | Ducati | 1'32.136 | 0.507 / 0.108 |
| 9. | Johann ZARCO | FRA | Monster Yamaha Tech 3 | Yamaha | 1'32.250 | 0.621 / 0.114 |
| 10. | Alex RINS | SPA | Team SUZUKI ECSTAR | Suzuki | 1'32.338 | 0.709 / 0.088 |
| 11. | Dani PEDROSA | SPA | Repsol Honda Team | Honda | 1'32.369 | 0.740 / 0.031 |
| 12. | Franco MORBIDELLI | ITA | EG 0,0 Marc VDS | Honda | ||
| Nem jutott be a Q2-be: | ||||||
| 13. | Andrea IANNONE | ITA | Team SUZUKI ECSTAR | Suzuki | 1'32.566 | |
| 14. | Michele PIRRO | ITA | Ducati Team | Ducati | 1'32.624 | |
| 15. | Alvaro BAUTISTA | SPA | Angel Nieto Team | Ducati | 1'32.792 | |
| 16. | Aleix ESPARGARO | SPA | Aprilia Racing Team Gresini | Aprilia | 1'33.084 | |
| 17. | Bradley SMITH | GBR | Red Bull KTM Factory Racing | KTM | 1'33.085 | |
| 18. | Stefan BRADL | GER | HRC Honda Team | Honda | 1'33.361 | |
| 19. | Takaaki NAKAGAMI | JPN | LCR Honda IDEMITSU | Honda | 1'33.437 | |
| 20. | Pol ESPARGARO | SPA | Red Bull KTM Factory Racing | KTM | 1'33.502 | |
| 21. | Scott REDDING | GBR | Aprilia Racing Team Gresini | Aprilia | 1'33.572 | |
| 22. | Xavier SIMEON | BEL | Reale Avintia Racing | Ducati | 1'33.705 | |
| 23. | Thomas LUTHI | SWI | EG 0,0 Marc VDS | Honda | 1'33.755 | |
| 24. | Karel ABRAHAM | CZE | Angel Nieto Team | Ducati | 1'33.812 | |
| 25. | Hafizh SYAHRIN | MAL | Monster Yamaha Tech 3 | Yamaha | 1'34.080 | |
| 26. | Christophe PONSSON | FRA | Reale Avintia Racing | Ducati | 1'37.180 | |
