Szerencsére az eső nem zavarta a pilótákat, így száraz pályán vághattak neki a Spanyol Nagydíj harmadik szabadedzésének. A pilóták közül először Nico Hülkenberg teljesített egy kört.
Nem sokkal később a piros zászlót kellett felmutatnia a versenybíróknak, ugyanis Vitalij Petrov és Kobajasi Kamui is kicsúszott. A kis közjáték után Lewis Hamilton állt az élre, 1:22.414-es időt autózva, sőt a következő körben 1:21.699-re javította a legjobb időt.
A brit azonban nem sokáig tudta megtartani az első helyet, előbb Mark Webber, majd Sebastian Vettel autózta a legjobb kört. A folytatásban mindketten tovább javultak, de két perccel az edzés vége előtt a német 1:20.528-as időt produkált, amellyel leszorította az élről csapattársát.
A harmadik és negyedik helyet a két McLaren szerezte meg, Michael Schumacher ötödik, Fernando Alonso nyolcadik lett.
| 1 | Sebastian Vettel | Red Bull | 1:20.528 |
| 2 | Mark Webber | Red Bull | +00.704 |
| 3 | Lewis Hamilton | McLaren | +00.820 |
| 4 | Jenson Button | McLaren | +00.848 |
| 5 | Michael Schumacher | Mercedes GP | +01.055 |
| 6 | Felipe Massa | Ferrari | +01.221 |
| 7 | Nico Rosberg | Mercedes GP | +01.485 |
| 8 | Fernando Alonso | Ferrari | +01.563 |
| 9 | Robert Kubica | Renault | +01.714 |
| 10 | Adrian Sutil | Force India | +01.849 |
| 11 | Sébastien Buemi | Toro Rosso | +01.872 |
| 12 | Kobajasi Kamui | Sauber | +01.884 |
| 13 | Pedro de la Rosa | Sauber | +01.999 |
| 14 | Nico Hülkenberg | Williams | +02.106 |
| 15 | Jaime Alguersuari | Toro Rosso | +02.398 |
| 16 | Rubens Barrichello | Williams | +02.425 |
| 17 | Vitantonio Liuzzi | Force India | +03.069 |
| 18 | Vitalij Petrov | Renault | +03.368 |
| 19 | Jarno Trulli | Lotus | +04.082 |
| 20 | Heikki Kovalainen | Lotus | +04.217 |
| 21 | Timo Glock | Virgin | +05.194 |
| 22 | Lucas de Grassi | Virgin | +05.327 |
| 23 | Karun Chandhok | Hispania | +06.083 |
| 24 | Bruno Senna | Hispania | +09.718 |
