Vettel, que se encuentra en disposición de lograr su cuarto título mundial este fin de semana, fue el primer piloto en probar las gomas blandas a la media hora de la sesión. Después de irrumpir en lo más alto de la clasificación con el mejor tiempo, comenzó a rodar cada vez más rápido a través de los dos primeros sectores de su segunda vuelta, pero al final optó por regresar al pitlane.
Como ya pasó en la primera sesión de libres, Webber acabó en la segunda posición, aunque esta vez Grosjean fue el principal rival del de Red Bull. Fernando Alonso se recuperó de sus problemas con la caja de cambios por la mañana para separar a los dos pilotos de Mercedes Lewis Hamilton y Nico Rosberg, con su compañero del equipo Ferrari Felipe Massa siguiéndoles muy cerca.
Kimi Räikkönen entró en el top ten después de una mañana poco competitiva, aunque acabó a casi medio segundo de su compañero Grosjean. Los pilotos de McLaren Sergio Pérez y Jenson Button continuaron mostrando un ritmo alentador al terminar el día en el noveno y décimo puesto respectivamente.
De nuevo Giedo van der Garde llevó a Caterham a liderar la batalla de la parte baja de la tabla, superando a su rival de Marussia Jules Bianchi por una décima de segundo. Charles Pic y Max Chilton fueron considerablemente más lentos que sus compañeros de equipo en el camino a las dos últimas posiciones.
El incidente de la sesión llegó cuando Pastor Maldonado sufrió problemas relacionados con las ruedas por segundo evento consecutivo. Poco después de pasar por el pitlane, la tuerca de la rueda delantera derecha del Williams se soltó, lo que le obligó al venezolano a salir fuera de la pista. Después de la severa multa recibida en Suzuka, la FIA podría optar por un castigo más severo.