Danilo Petrucci è il pilota più veloce al termine della terza sessione di libere del GP d'Italia. Il ternano ha dominato il turno, girando in 1'46''056 (nuovo record della pista) e tenendosi dietro la KTM di Espargaro (+ 0''207) e la Honda di Marquez (+ 0''224). L'altra faccia della medaglia in casa Ducati è quella di Dovizioso, che ha chiuso con l'11° tempo (+ 0''686) e sarà costretto a partire dal Q1 insieme a Rossi, solo 13° a + 0''844.

Danilo si candida dunque a un ruolo da protagonista nel weekend di casa, ribadendo quanto di buono aveva già messo in mostra nelle libere di venerdì sia sul giro secco sia sul passo gara. La sua Desmosedici ha sgretolato il precedente record del tracciato (la pole di Rossi del 2018), regolando una pattuglia molto eterogenea: la sorprendente KTM di Espargaro, la Honda del solito Marquez, ma anche la Honda LCR di Nakagami (4° a + 0''400) e la Ducati Pramac di Miller (5° a + 0''422). In top 10, e ormai non è più una novità, anche Quartaro con la Yamaha del team Petronas (6° a + 0''432), che si è tenuto alle spalle la M1 ufficiale di Vinales (+ 0''453), l'altra Honda LCR di Crutchlow (+ 0''460), il compagno di team Morbidelli (+ 0''462) e l'altra Ducati Pramac di Bagnaia (+ 0''657).

La vera notizia della mattinata del Mugello, tuttavia, è l'esclusione dal Q2 di Dovizioso e Rossi, due dei protagonisti più attesi sulla pista toscana. Il forlivese non è riuscito a risolvere i problemi che già lo avevano tenuto lontano dai migliori nelle Libere 2: nonostante la sua Ducati abbia stampato il nuovo record di velocità nella storia della MotoGP (356,7 km/h), nel time attack finale non è andato oltre l'11° crono (sebbene ad appena 29 millesimi dalla top 10). Vale, invece, è stato vittima di un suo errore alla staccata della Bucine, che lo ha costretto ad andare lungo nella ghiaia e gettare al vento il giro buono, al termine di una sessione corsa comunque a distanza dagli altri big. Il Dottore, alla fine, è l'unica Yamaha che dovrà partire dal Q1, il terzo consecutivo per lui.

Escluso, anche se non è certo una sorpresa, anche Jorge Lorenzo (12° a + 0''837), così come il test rider Ducati, Michele Pirro (14°), le Aprilia di Espargaro e Iannone (rispettivamente 16° e 21° tempo) ed entrambe le Suzuki di Mir e Rins (18° e 20°), con quest'ultimo vittima di una caduta ad inizio turno.