Le seconde prove libere del Gran Premio dell'Azerbaigian sono iniziate in sordina, con i primi due minuti che sono trascorsi prima che una macchina lasciasse i box. La Sauber ha mandato in pista Nico Hulkenberg e Gabriel Bortoleto, seguiti subito dal resto dei piloti.

Dopo soli sei minuti di sessione sono apparse le prime bandiere gialle. Liam Lawson è finito largo nella via di fuga alla curva 16, mentre Lewis Hamilton si è bloccato pesantemente alla curva 7 ed è arrivato vicino alle barriere. Entrambi gli incidenti sono stati rapidamente eliminati, ma pochi minuti dopo Oliver Bearman è rimasto bloccato nella via di fuga alla curva 8 ed è dovuto rientrare in pista, facendo scattare un'altra cautela.

Quando l'azione si è calmata, la Ferrari è passata in testa. Charles Leclerc ha imposto il ritmo per primo, ma presto Hamilton è stato più veloce e si è stabilito in testa. Leclerc ha spinto molto e ha toccato i muretti alla curva 3 e poi alla curva 4, ma è riuscito a proseguire. Nel frattempo, Bortoleto è stato brevemente bloccato da una Mercedes nel tratto veloce che porta al lungo rettilineo.

Il pomeriggio della McLaren ha subito una svolta quando Lando Norris ha toccato il muro alla curva 2, uscendone illeso, ma poi ha subito un impatto molto più duro alla curva 4 che ha danneggiato la sua sospensione e messo fine alla sua corsa. Anche Oscar Piastri si è spaventato quando ha toccato la barriera TecPro alla curva 15 e poi si è bloccato alla curva 2, ma è riuscito a evitare gravi danni e a proseguire. Altrove, Bearman è stato vittima di un'altra uscita di pista alla curva 8, Carlos Sainz ha toccato il muro con la sua Williams alla curva 16 e Leclerc è finito ancora una volta largo alla curva 4.

Dopo la prima mezz'ora di azione, Hamilton è rimasto in testa alla classifica, mentre la Ferrari sembrava forte. Le fasi finali della sessione sono state più tranquille, con i team che sono passati ai long run e alla comparazione dei pneumatici. George Russell e Kimi Antonelli hanno piazzato le loro Mercedes subito dietro le Ferrari, mentre la Haas ha mostrato un buon passo con Bearman ed Esteban Ocon, entrambi all'interno dei primi otto.

Alla bandiera a scacchi, Lewis Hamilton è stato il più veloce per la Ferrari con un 1:41.293, a soli 0,074 secondi da Charles Leclerc. George Russell ha concluso la sessione in terza posizione, seguito da vicino da Kimi Antonelli in quarta. Oliver Bearman ha impressionato con il quinto posto, davanti a Max Verstappen in sesta posizione. Liam Lawson ha conquistato il settimo posto, Esteban Ocon l'ottavo, Alexander Albon il nono e, nonostante l'incidente, Lando Norris ha completato la top ten.