Az időmérő edzést Nick Heidfeld nyitotta a Renult-val, de pár perccel később már nagy tolongás volt a valenciai aszfaltcsíkon. A Renault, a Mercedes, a McLaren, a Ferrari és a Red Bull pilótái közepesen kemény gumikat választottak, Vettel 1:39.965-tel az élre állt, Button rövid ideig átvette a vezetést, de a német visszaelőzte. Heikki Kovalainen a Lotusszal lágy gumikon közvetlenül az öt nagycsapat mögött volt, ezért többen váltottak erre a keverékre. A vezetést Hamilton vette át, a szakaszt végül Felipe Massa nyerte meg 1:38.413-mas idejével. Webber közepesen kemény keveréken épphogy elkerülte a kiesést, erre a sorsa Alguersuari, Kovalainen, Trulli, Glock, Liuzzi, D'Ambrosio és Karthikeyan jutott.

A Q2 kezdetén Petrovon és Buemin kívül minden pilóta kijött, Vettel gyorsan az élre állt (1:37.305.), több mint fél másodpercet vert az addig vezető Massára, a németet a két McLaren követte. Egyébként Vettel, Webber, Alonso, Hamilton és Button tartotta meg összes lágy gumiját erre a szakaszra. Pár perc elteltével Maldonado autója keresztbe állt a pályán, piros zászlóval megszakították az edzést arra az időre, amíg kiemelték a Williams-Cosworthot. Újrakezdés után Kobajasi ment ki elsőként a pályára. Schumacher feljött a 6. helyre, a kvalifikáció második szakaszát Vettel nyerte, meglepetésre kiesett Petrov, Sutil férkőzött be elé.

A harmadik szakaszt Alonso 1:37.454-gyel nyitotta, Hamilton átvette a vezetést, nem sokáig, menetrendszerűen érkezett Vettel 1:36.967-al, mögötte Hamilton, Alonso, Button volt a sorrend, majd Webber bejött Alonso elé, márkatársa mögé. A végén még kijött az élmezőny, de leginkább csak gumit járatni, egyedül Massa tudott javítani, aki Buttont előzte meg. Vettel, Webber, Hamilton, Alonso, Massa, Button, Rosberg, Schumacher, Heidfeld, Sutil volt az első tíz helyezett sorrendje, utóbbi kettő nem futott a Q3-ban mért kört.

A címvédő a mérlegelés előtt még a konkurenciánál is kémkedett, az egyik Ferrari kormánykerekét nézte meg közelről.