La Ferrari torna infatti a centrare una prima fila nel Gran Premio di casa per la prima volta da cinque anni (nel 2010 Fernando Alonso partì dalla pole) e Kimi Raikkonen sale in una piazzola che non occupava dal 2013, in piena epoca Lotus. Per la sua ultima prima fila con una vettura del Cavallino bisogna addirittura tornare a Montecarlo 2009. Un risultato per certi versi inatteso e che lascia ben sperare per la gara: le Rosse potranno dire la loro. Le Mercedes hanno infatti accusato qualche problema al motore, con Rosberg che ha dovuto rinunciare alla Power Unit Evo ed è stato costretto ad andare in pista con un'unità vecchia, quella utilizzata a Spa. Il tedesco è quindi alle spalle delle Ferrari, al pari delle temutissime Williams. E anche Hamilton è meno lontano del previsto.

Che le condizioni della pista siano migliorate drasticamente rispetto al mattino (con pista ancora umida per la pioggia della notte) lo dimostrano subito le Mercedes, con Hamilton che gira in 1:24.251 e già abbassa il suo limite del mattino. Rosberg è 2° a +0.358, ma impressiona Raikkonen, terzo a +0.411 e a soli 53 millesimi dal tedesco, costretto ad utilizzare una power unit vecchia. Perez, Hulkenberg e Bottas chiudono davanti a Vettel, 7° a +0.738. Hulkenberg si lamenta per un'ostruzione di Ericsson, che chiude 9° (poi penalizzato: in griglia sarà 12°). Continuano i problemi per Red Bull e Toro Rosso: Ricciardo esce in extremis e si prende la qualificazione in Q2 ai danni di Button, Alonso, Stevens, Merhi e Verstappen. L'olandese chiude senza la parte sinistra del cofano, montata in fretta e furia dagli uomini della Toro Rosso e persa in velocità alla Curva Grande. Non una grande figura per gli uomini di Faenza nella gara di casa.

I problemi di Rosberg proseguono in Q2, con il tedesco che fa segnare il primo tempo cronometrato ed Hamilton che lo batte subito di 745 millesimi. Volano però le Ferrari: Vettel fissa il record nel settore centrale, ma paga nel primo e nel terzo, di pura velocità: è a +0-542 da Hamilton. Raikkonen fa meglio di lui, prendendo solo un decimo nel primo settore e chiudendo a 374 millesimi dall'anglo-caraibico. Con una zampata dopo la bandiera a scacchi Vettel si riporta quindi al secondo posto, a soli 194 millesimi da Hamilton. E con le temutissime Williams solo al 5° e 6° posto con Massa e Bottas. Eliminati Maldonado, Nasr, Sainz, Kvyat e Ricciardo, che nemmeno riesce ad uscire in pista.

Gli ultimi dieci minuti si aprono subito con il tempo che varrà la pole position a Hamilton: 1:23.397. Ma alle sue spalle subito ci sono le Ferrari, con Vettel a +0.308 e Raikkonen a +0,315. Anche Massa precede un disperato Rosberg, con Bottas a chiudere la classifica dopo i primi tentativi. Intanto si ferma Hulkenberg, con la sua Force India che accusa un calo di potenza. Nel finale Hamilton non riesce a migliorarsi, a differenza di Vettel e soprattutto Raikkonen, che gli si avvicinano ulteriormente. E anche Rosberg abbassa il proprio limite, ma non riesce a sopravanzare le due scatenate Rosse di Maranello.