Sebastian Vettel lideró la tabla de tiempos en la segunda sesión de entrenamientos libres del Gran Premio de Italia. El piloto alemán fue el más rápido en una práctica que se disputó en unas condiciones totalmente diferentes a la primera al secarse la pista. Vettel marcó un registro de 1’21’’105 con el que superó en más de dos décimas a Kimi Raikkonen, firmando un doblete con sensaciones positivas para el resto del fin de semana.
Los Mercedes quedaron justo por detrás de los dos pilotos de Ferrari. Lewis Hamilton fue apenas 17 milésimas más lento que el finés de la Scuderia, mientras que Valtteri Bottas quedó más descolgado de la lucha, concretamente a seis décimas del registro de Vettel. Por detrás se colocaron los dos Red Bull, con Max Verstappen superando a Daniel Ricciardo.
Apenas unos minutos después de comenzar la sesión, su desarrollo tuvo que interrumpirse debido a una bandera roja causada por un espectacular accidente de Marcus Ericsson. El piloto sueco perdió el control de su Sauber en la frenada de la primera chicane al no cerrarse su DRS, lo que le hizo impactar contra el muro y dar varias vueltas de campana. Ericsson salió ileso de su monoplaza a pesar del fuerte golpe.
Poco después, el problema en el DRS de Ericsson se reprodujo en el monoplaza de Charles Leclerc, aunque el monegasco pudo evitar sufrir un accidente. Acto seguido, en Sauber procedieron a revisar el sistema del DRS para encontrar el motivo por el cual el mecanismo ha fallado en sus dos vehículos y solucionar el problema antes del final del entrenamiento.
La batalla de la zona media la encabezó Force India, equipo que acostumbra a tener un buen rendimiento en circuitos de potencia. Esteban Ocon finalizó en séptima posición, justo por delante de Sergio Pérez. Por su parte, Carlos Sainz se quedó a las puertas del top 10 en un trazado que no es el que mejor se adapta al monoplaza de Renault.
Después de una sesión en mojado en la que no se pudo obtener mucha información, Ferrari confirmó las sensaciones previas con un doblete de sus pilotos al frente de la tabla de tiempos. Sebastian Vettel se llevó el mejor crono, pese a que tuvo un serio susto cuando perdió el control de su Ferrari en la Parabólica y acabó estrellado.
El entrenamiento no fue tan positivo para Fernando Alonso. Con un programa distinto por parte de McLaren, los dos pilotos del equipo Woking fueron los últimos clasificados de la sesión. El asturiano fue dos segundos y medio más lento que Vettel, por lo que todo parece indicar que el fin de semana en Italia será una cita de limitación de daños para McLaren.
| Pos. | Piloto | Dorsal | Equipo | Tiempo | Gap | Laps |
| 1 |  Sebastian Vettel |
5 | Ferrari | 01′ 21»105 | 0 | 27 |
| 2 |  Kimi Raikkonen |
7 | Ferrari | 01′ 21»375 | +0.270 | 31 |
| 3 |  Lewis Hamilton |
44 | Mercedes | 01′ 21»392 | +0.287 | 31 |
| 4 | Valtteri Bottas |
77 | Mercedes | 01′ 21»803 | +0.698 | 35 |
| 5 |  Max Verstappen |
33 | Red Bull | 01′ 22»154 | +1.049 | 28 |
| 6 |  Daniel Ricciardo |
3 | Red Bull | 01′ 22»296 | +1.191 | 28 |
| 7 |  Esteban Ocon |
31 | Racing Point Force India | 01′ 22»930 | +1.825 | 30 |
| 8 |  Sergio Pérez |
11 | Racing Point Force India | 01′ 22»942 | +1.837 | 32 |
| 9 |  Charles Leclerc |
16 | Sauber | 01′ 22»965 | +1.860 | 20 |
| 10 | Nico Hülkenberg |
27 | Renault | 01′ 23»063 | +1.958 | 30 |
| 11 | Romain Grosjean |
8 | Haas F1 Team | 01′ 23»077 | +1.972 | 31 |
| 12 |  Carlos Sainz |
55 | Renault | 01′ 23»193 | +2.088 | 32 |
| 13 |  Kevin Magnussen |
20 | Haas F1 Team | 01′ 23»233 | +2.128 | 28 |
| 14 | Pierre Gasly |
10 | Toro Rosso | 01′ 23»402 | +2.297 | 34 |
| 15 |  Sergey Sirotkin |
35 | Williams | 01′ 23»514 | +2.409 | 28 |
| 16 |  Brendon Hartley |
28 | Toro Rosso | 01′ 23»531 | +2.426 | 16 |
| 17 |  Lance Stroll |
18 | Williams | 01′ 23»566 | +2.461 | 29 |
| 18 | Fernando Alonso |
14 | McLaren | 01′ 23»741 | +2.636 | 23 |
| 19 |  Stoffel Vandoorne |
2 | McLaren | 01′ 24»084 | +2.979 | 30 |
| 20 |  Marcus Ericsson |
9 | Sauber | No time | — | 2 |
