Los segundos entrenamientos libres del Gran Premio de Azerbaiyán empezaron tranquilos, con los dos primeros minutos transcurridos antes de que ningún coche saliera de los garajes. Sauber envió a Nico Hulkenberg y Gabriel Bortoleto a la cabeza, y pronto les siguieron el resto de pilotos.

A los seis minutos de la sesión aparecieron las primeras banderas amarillas. Liam Lawson se salía en la escapatoria de la curva 16, mientras que Lewis Hamilton se quedaba bloqueado en la curva 7 y se acercaba a las barreras. Ambos incidentes se solucionaron rápidamente, pero unos minutos más tarde Oliver Bearman se quedó atascado en la escapatoria de la curva 8 y tuvo que dar marcha atrás para volver a la pista, lo que provocó otra bandera amarilla.

Cuando la acción se calmó, Ferrari se puso al frente. Charles Leclerc marcó el ritmo primero, pero pronto Hamilton fue más rápido y se colocó en cabeza. Leclerc iba a fondo y tocó los muros en la curva 3 y después en la 4, aunque pudo continuar. Mientras tanto, Bortoleto se vio brevemente retenido por un Mercedes en la parte rápida de la recta larga.

La tarde de McLaren dio un giro cuando Lando Norris rozó el muro en la curva 2, salió ileso, pero luego sufrió un impacto mucho más fuerte en la curva 4 que dañó su suspensión y puso fin a su carrera. Oscar Piastri también tuvo un susto cuando tocó la barrera TecPro en la curva 15 y después se quedó bloqueado en la curva 2, aunque logró evitar daños graves y continuó. Por su parte, Bearman tuvo otra salida de pista en la curva 8, Carlos Sainz tocó el muro con su Williams en la curva 16 y Leclerc volvió a salirse en la curva 4.

Tras la primera media hora de acción, Hamilton se mantuvo al frente de la clasificación, con Ferrari mostrándose fuerte. Los últimos compases de la sesión fueron más tranquilos, ya que los equipos pasaron a realizar tandas largas y a comparar neumáticos. George Russell y Kimi Antonelli colocaron sus Mercedes justo detrás de los Ferrari, mientras que Haas mostró un buen ritmo con Bearman y Esteban Ocon entre los ocho primeros.

En la bandera a cuadros, fue Lewis Hamilton quien terminó más rápido para Ferrari con un 1:41.293, sólo 0.074s por delante de Charles Leclerc. George Russell terminó la sesión en tercera posición, seguido de cerca por Kimi Antonelli, cuarto. Oliver Bearman impresionó con su quinto puesto, por delante de Max Verstappen, sexto. Liam Lawson fue séptimo, Esteban Ocon octavo, Alexander Albon noveno y, a pesar de su accidente, Lando Norris completó el top ten.