6月23日現地時間17時、アゼルバイジャンGPのフリー走行2回目が始まった。気温は28度、路面温度は44度だが、太陽は傾いてきておりコース上は日陰になっている箇所もかなり多い。
FP1でクラッシュを喫したセルジオ・ペレスのマシンはインターバルの間に修理作業が間に合い、FP2への出走準備が整っている。ミディアムを履いたフェリペ・マッサ以外の全車が最初のランをソフトでこなし、次にスーパーソフトでアタックをしてからロングランに入っていく。
開始早々、ロマン・グロージャンはターン3やターン8で立て続けにランオフエリアへオーバーシュートしてしまい「ブレーキが効かない」と違和感を訴える。
ダニール・クビアトはターン15のランオフエリアで立ち往生、ベッテルもターン8でランオフエリアへ逃げる場面があり、長いストレートでフロントタイヤが冷えてしまうためか多くのマシンがブレーキングに苦労している。ここでもレッドブル勢は好調を維持して1-2を守り、それにフォース・インディア勢とメルセス勢が続く。
30分が経過したところでターン15出口のバリアをクビアトがかすめ、バリアに巻かれている広告看板のフィルムが剥がれてコース上に撒かれてしまう。レースコントロールはバーチャルセーフティカー(VSC)を導入してその間にマーシャルがフィルムを改修することとなった。
2本目のランでスーパーソフトを履いたところでセバスチャン・ベッテルが2番手、キミ・ライコネンが3番手とフェラーリ勢が実力を見せてくる。
メルセデスAMG勢もペースを上げ始めた矢先の17時46分、ジョリオン・パーマーがターン8のアプローチで左フロントをロックさせてまっすぐにウォールへクラッシュ。事故処理のためセッションは赤旗中断となった。
17時55分にセッションは再開。その直後にフェルナンド・アロンソが「エンジン、エンジン!」といって右側から白煙を上げてターン16にストップ。しかしテレメトリーデータによるとギヤボックストラブルであったことが明らかになっている。
セッション終了直前にはマックス・フェルスタッペンがターン1でタイヤをロックさせてリヤが流れ、カウンターを当てたもののマシンが右を向いて横向きにバリアにクラッシュしてここでセッションは実質的に終了となった。
それでもフェルスタッペンは1分43秒362でセッションをトップのままで終えた。しかし2位には0.100秒差でボッタス、0.111秒差で3位リカルド、0.127秒差で4位ライコネン、0.253秒差で5位ベッテルという僅差の上位となった。ハミルトンは10位、アロンソは12位でセッションを終えている。