Rosberg logró un tiempo de 1:12.123 con el neumático Blando de Pirelli, dos décimas más rápido que Hamilton después de que el líder del campeonato no tuviera una sesión cómoda.
Hamilton completó bastantes vueltas, con neumáticos que se degradaban rápidamente, para conseguir un tiempo representativo, admitiendo por radio a su ingeniero que "el coche se nota bien, no he podido completar una sola vuelta".
A pesar de añadir otra excursion fuera de los límites de la pista, Kimi Räikkönen terminó la sesión con el tercer mejor crono, a medio segundo de Rosberg.
El Red Bull de Daniel Ricciardo fue el último piloto en completar una vuelta por debajo de la barrera de los 1m13s con el cuarto mejor crono, justo por delante de la pareja de Williams Valtteri Bottas y Felipe Massa.
Fernando Alonso se perdió los 25 últimos minutos de libres después de que el motor de su Ferrari se incendiera y motivara la aparición de las banderas rojas, aunque pudo terminar con el séptimo mejor crono.
El debutante de Toro Rosso Daniil Kvyat bajó a la octava posición mientras que el otro Red Bull, de Sebastian Vettel, y el McLaren de Kevin Magnussen completaron el top 10.
La pareja de Lotus Pastor Maldonado y Romain Grosjean fueron los siguientes, el piloto francés volvió a quejarse del manejo de su coche en los últimos compases de la sesión.
Nico Hülkenberg fue el único piloto de Force India que pudo participar en la sesión con el 13º puesto, ya que Sergio Pérez se vio forzado a participar como espectador mientras seguían reparando su monoplaza tras el accidente de la mañana de Daniel Juncadella.
Esteban Gutiérrez tuvo nuevos problemas técnicos que le obligaron a detenerse en el mismo sitio que Alonso y provocaron otra parada de la sesión, aunque de todos modos pudo superar a su compañero de equipo Adrian Sutil con la 14ª posición.
Jenson Button se centró en recuperar el tiempo perdido durante los problemas de los libres 1, mientras que Jean-Éric Vergne solo pudo completar cinco vueltas antes de que su Toro Rosso se detuviera y provocara la primera bandera roja.