La deuxième séance d'essais libres du Grand Prix d'Azerbaïdjan a commencé tranquillement, les deux premières minutes s'écoulant avant qu'une voiture ne sorte des garages. Sauber a envoyé Nico Hulkenberg et Gabriel Bortoleto en tête du peloton, et les autres pilotes ont rapidement suivi.

Six minutes seulement après le début de la séance, les premiers drapeaux jaunes apparaissent. Liam Lawson a fait une sortie de route dans le virage 16, tandis que Lewis Hamilton s'est fortement bloqué dans le virage 7 et a frôlé les barrières. Les deux incidents sont rapidement résolus, mais quelques minutes plus tard, Oliver Bearman se retrouve coincé dans la sortie de piste au virage 8 et doit faire marche arrière pour revenir sur la piste, ce qui entraîne un nouveau drapeau jaune.

Alors que l'action se calme, Ferrari prend les devants. Charles Leclerc prend d'abord le rythme, mais Hamilton accélère rapidement et s'installe en tête. Leclerc pousse fort et heurte les murs au virage 3 et plus tard au virage 4, mais il est capable de continuer. Pendant ce temps, Bortoleto a été brièvement retenu par une Mercedes dans la section rapide menant à la longue ligne droite.

L'après-midi de McLaren a pris un tournant lorsque Lando Norris a frôlé le mur au virage 2, s'en est sorti indemne, mais a subi un impact beaucoup plus violent au virage 4 qui a endommagé sa suspension et mis fin à sa course. Oscar Piastri s'est également fait peur en touchant la barrière TecPro au virage 15, puis en se bloquant dans le virage 2, mais il a réussi à éviter de graves dommages et à poursuivre sa route. Ailleurs, Bearman a de nouveau fait une sortie de route dans le virage 8, Carlos Sainz a heurté le mur avec sa Williams dans le virage 16, et Leclerc a de nouveau fait une sortie de route dans le virage 4.

Après la première demi-heure d'action, Hamilton reste en tête du classement, avec une Ferrari qui semble forte. Les derniers instants de la séance ont été plus calmes, les équipes ayant opté pour de longs runs et des comparaisons de pneumatiques. George Russell et Kimi Antonelli ont placé leurs Mercedes juste derrière les Ferrari, tandis que Haas a montré un bon rythme avec Bearman et Esteban Ocon tous deux dans le top 8.

Au drapeau à damier, c'est Lewis Hamilton qui a terminé le plus vite pour Ferrari avec un temps de 1:41.293, seulement 0.074s devant Charles Leclerc. George Russell termine la séance en troisième position, suivi de près par Kimi Antonelli en quatrième position. Oliver Bearman a impressionné avec une cinquième place, devant Max Verstappen en sixième position. Liam Lawson s'est emparé de la septième place, Esteban Ocon de la huitième, Alexander Albon de la neuvième et, malgré son accident, Lando Norris a complété le top 10.