Marc Marquez gli indugi li ha frantumati subito, al primissimo giro lanciato, fermando il tempo in 1'44"500, quattro millesimi sotto la pole di Jorge Martín dello scorso anno. Pecco, nel primo tentativo, dopo un inaugurale passaggio di rodaggio, si è presentato alla fine del terzo settore con una manciata di centesimi di casco rosso, ma le Biondetti, la Bucine e la delicata accelerazione verso il rettilineo del traguardo l'hanno riportato dietro al compagno di squadra per mezzo decimo. Dietro i due della rossa, i più frizzanti sono stati Di Giannantonio e Franco Morbidelli - pimpanti nel primo attacco al tempo - Alex Marquez e Fabio Quartararo. Il francese per una trentina di secondi è entrato anche in possesso della pole provvisoria, conseguenza diretta di un T3 spaziale (nessuno come El Diablo nel tratto che va dall'Arrabbiata 1 all'uscita del Correntaio, dove la moto va lasciata correre), ma il suo 1'44"411 è stato subito scalzato da un giro emozionante di Pecco, che nel cambi di direzione tra Scarperia e Palagio ha sbattuto la Desmosedici a destra e a sinistra con una vigoria che era sintomatica di una sola cosa: stava guidando col cuore, stava andando un filo oltre al limite, stava sfornando qualcosa di speciale. 

Il Mugello ha rilasciato nell'aria un significativo boato quando Pecco, spianato sul rettilineo in uscita dalla Bucine, si è messo davanti a tutti con un 1'44"228 che in quel momento pareva inarrivabile. Invece un minuto più tardi è arrivato Marc Marquez. Con una guida pulita, senza scossoni - quasi alla Pecco - e forte di un quarto settore che ormai dovrebbero intitolargli (in tutte le sessioni del weekend è stato il migliore in quel tratto, disturbato solamente da Bezzecchi), il 93 ha zittito le colline toscane siglando un 1'44"169. Non è bastato un ultimo disperato assalto di Pecco, che tra Scarperia e Palagio si è salvato da una chiusura d'avantreno nello stile del compagno di squadra, e nemmeno un grande lampo di Alex Marquez (terzo a trenta millesimi dal 63) per levare la centesima pole in carriera al fratello (nessuno come Marc Marquez in qualifica nella storia delle due ruote). In seconda fila, dietro a Quartararo, anche Maverick Vinales e Franco Morbidelli, che come Fabio di Giannantonio (settimo) è andato leggermente al di sotto delle aspettative con la seconda gomma. Chiudono la terza fila Pedro Acosta e Alex Rins, davanti a Marco Bezzecchi - che conferma le difficoltà in qualifica di Aprilia nonostante sia in possesso di un gran passo gara - a Raul Fernandez e a Fermín Aldeguer, dodicesimo e penalizzato dall'aver solamente una soft fresca a disposizione per il Q2.