El australiano Jack Miller (KTM) resolvió en los minutos finales de los entrenamientos oficiales del Gran Premio de San Marino de Moto3 las dudas sobre su rendimiento que pudiera haber en el circuito de Misano Adriático. Aunque Miller no estuvo demasiado avezado en los primeros compases de la única tanda oficial de entrenamientos de Moto3, al final supo obtener el máximo rendimiento de su moto para ponerse al frente de la tabla de tiempos por delante de sus máximos rivales en la pelea por el título. Quien más se aproximó a él fue el finlandés Niklas Ajo (Husqvarna), que acabó a cuatro milésimas de segundo, con el español Alex Rins (Estrella Galicia 0,0 Honda) tercero a 34 milésimas de segundo del finés. En los primeros minutos de la única tanda oficial de pruebas fue el portugués Miguel Oliveira (Mahindra) el encargado de marcar el ritmo, si bien su responsabilidad duró poco al acceder a la primera plaza Alex Márquez (Estrella Galicia 0,0 Honda), perseguido muy de cerca por Efrén Vázquez (Honda), aunque los entrenamientos no habían hecho más que empezar y el ritmo trepidante impuesto a los mismos generó numerosos cambios. En apenas cuatro vueltas Alex Márquez era nuevamente el referente en la más pequeña de las categorías con un tiempo de 1:43.433, que se quedó a siete décimas de segundos escasas del récord absoluto de la pista en poder del alemán Jonas Folger (Kalex KTM) desde el pasado año, 1:42.707, aunque cuatro giros más tarde ya rebajó el récord del circuito al rodar en 1:43.165, por el 1:43.293 que detentaba él mismo desde el pasado año. El líder del mundial, Jack Miller, dio la impresión de no sentirse cómodo en el trazado italiano, aunque aún así era sexto a medio segundo de Márquez y poco a poco mejoró para ser cuarto en su décimo giro, si bien en el tramo final de los entrenamientos, como habitualmente, todos los pilotos punteros se enzarzaron en la 'pelea final' tras el último cambio de neumático trasero. Fue en esos momentos cuando surgió nuevamente la figura del español Alex Rins (Estrella Galicia 0,0 Honda), que se acercó a la barrera de los 42 segundos al rodar en 1:43.082, que rompió por primera vez el australiano Miller al parar su mejor crono del fin de semana en 1:42.974, registro que ya nadie pudo superar y alejó definitivamente las dudas sobre el rendimiento del australiano. En la primera línea de la formación de salida, junto a Miller, acabó el finlandés Niklas Ajo (Husqvarna), que logró su mejor tiempo tras la estela de Alex Rins, a la postre tercero. En la segunda línea se colocaron Alex Márquez, que sufrió una caída sin consecuencias durante el entrenamiento, el portugués Miguel Oliveira (Mahindra) y el británico Danny Kent (Husqvarna). Isaac Viñales (KTM) acabó en la tercera línea con el noveno mejor tiempo, justo por delante de Efrén Vázquez (Honda), quien sufrió una leve caída pasado el ecuador del entrenamientos que mermó su rendimiento final, como también a Jorge Navarro (Kalex KTM), que se tuvo que conformar con el decimotercer mejor tiempo, con todo un buen resultado para el valenciano que llegó al mundial en la carrera de Indianápolis para sustituir al belga Livio Loi. Por delante de Navarro acabaron el italiano Romano Fenati (KTM) y el español Juanfran Guevara (Kalex KTM). La española Ana Carrasco pudo disputar los entrenamientos pero acabó en una retrasada trigésimo cuarta posición y todavía con las diferencias económicas con su escudería por solucionar, lo que de no producirse la podría impedir disputar el siguiente gran premio de Motorland Aragón.

Clasificación de los entrenamiento de Moto3 del Gran Premio de San Marino:

1. Jack Miller (AUS/KTM) 1:42.974 a 147,7 km/h.
2. Niklas Ajo (FIN/Husqvarna) 1:42.978
3. Alex Rins (ESP/Estrella Galicia 0,0 Honda) 1:43.012
4. Alex Márquez (ESP/Estrella Galicia 0,0 Honda) 1:43.163
5. Miguel Oliveira (POR/Mahindra) 1:43.298
6. Danny Kent (GBR/Husqvarna) 1:43.491
7. Niccolo Antonelli (ITA/KTM) 1:43.546
8. Isaac Viñales (ESP/KTM) 1:43.547
9. Efrén Vázquez (ESP/Honda) 1:43.553
10. Brad Binder (RSA/Mahindra) 1:43.676
11. Romano Fenati (ITA/KTM) 1:43.698
12. Juanfran Guevara (ESP/Kalex KTM) 1:43.956
13. Jorge Navarro (ESP/Kalex KTM) 1:43.978
14. Francesco Bagnaia (ITA/KTM) 1:43.986
15. John McPhee (GBR/Honda) 1:44.039