L'Espagnol est habitué à tomber mais sa deuxième chute, à trois minutes de la fin de la séance, où il est passé au-dessus de sa Yamaha, pourrait lui avoir laissé des séquelles importantes et l'empêcher de prendre le départ de la course dimanche soir. Lorenzo avait déjà fini dans les graviers à mi-séance, alors qu'il détenait la pole, ce qui avait permis à Casey Stoner (Ducati) de repasser devant. Néanmoins, l'Espagnol, revenu en courant aux stands et remonté sur son "mulet", a finalement devancé, en 1'21"678, au terme de cette séance de qualifications forte en émotions, son coéquipier, l'Italien Valentino Rossi (1'21"845). La troisième place sur la grille est pour l'Australien (1'21"910), qui a lui aussi lourdement chuté quelques secondes après Lorenzo.
Derrière le trio de tête qui domine la discipline depuis le début de la saison, l'Espagnol Dani Pedrosa (Honda - 1'22"113) a décroché le quatrième temps et sera donc en deuxième ligne. L'Italien Andrea Dovizioso (Honda - 1'22"135) suit à la cinquième place, devant l'Espagnol Toni Elias (Honda - 1'22"146) et les deux Américains Colin Edwards (Yamaha - 1'22"490) et Nicky Hayden (Ducati - 1'22"540). Randy de Puniet (Honda) a confirmé ses difficultés sur la piste atypique de Laguna Seca. Onzième et douzième des séances d'essais libres, le Français n'a réussi que le 14e temps des qualifications (1'23"147).