Felhős időben, alapvetően száraz, itt-ott nedves foltokkal tarkított pályán kezdődött a Japán Nagydíj időmérő edzése, amelynek rögtön az elején futott egy-egy gyors kört Nico Rosberg és Lewis Hamilton. Egyik mercis köre sem volt hibátlan, az első párharc után 360 ezred volt Rosberg előnye. Hamilton megpróbált javítani, de forgalomba került.
Míg a Mercedes közepes gumikon ment, a Ferrari feltette a lágyakat, hét perccel a Q1 vége előtt Kimi Räikkönen és Sebastian Vettel is megelőzte Rosberget. A német 15 ezreddel volt gyorsabb finn csapattársánál, de a gyorsabb gumikkal is csak két tizeddel előzték meg a Mercedest.
A Q1-ből végül Pascal Wehrlein, Esteban Ocon, Felipe Nasr, Marcus Ericsson, Kevin Magnussen és a McLaren hazai versenyén Jenson Button esett ki, de Fernando Alonso is csak az utolsó továbbjutó helyet csípte meg.
A Mercedesek a Q2-ben rögtön feltették a lágy gumikat, Rosberg 1.30:714-gyel állította fel az etalont. Hamilton első Q2-es körébe is bele-belehibázott, négy tizedet kapott csapattársától. Az első próbálkozások után Vettel állt a harmadik helyen, további egy tizeddel Hamilton mögött.
A három élcsapat nem próbálkozott újabb gyors körrel, a továbbjutó helyeken Rosberg, Hamilton, Vettel, Räikkönen, Verstappen, Ricciardo, Gutierrez, Grosjean, Hülkenberg és Perez osztozott, azaz meglepetésre mindkét Haas bejutott a Q3-ba, kitolva ezzel a két williamsest. Ekkora sikert soha nem aratott még a Haas időmérőn. Kiesett Bottas, Massa, Kvjat, Sainz, Alonso és Palmer.
A Q3-ban a Red Bullok kezdték a körözést, Ricciardo és Verstappen is bekezdett, de Räikkönen gyorsan átvette tőlük a vezetést. Az első körében Rosberg sokat rontott a Q2-es idejéhez képest, így az időmérőn először Hamilton állt az élre. A Red Bull és a Ferrari pilótái hat századon belül sorakoztak, minimálisak voltak a különbségek.
Az időmérő döntő szakaszában Rosberg képes volt javítani, és mindhárom szabadedzés után megnyerte az időmérőt is, mindössze 13 ezreddel legyőzve Hamiltont. A harmadik rajthelyet remek körrel Kimi Räikkönen szerezte meg, a negyedik helyen Sebastian Vettel végzett. A német a háromhelyes rajtbüntetése miatt hetedikként indulhat, így a negyedik kockát a csapattársát ezúttal felülmúló Max Verstappen foglalhatja el vasárnap. A Haasnak végül a nyolcadik és tizedik rajthely jutott.
