Cette troisième séance d’essais libres du Grand Prix d’Europe était la dernière occasion pour les pilotes de préparer les qualifications.
Chaussé de pneus tendres au volant d’une RB7 qui ne semble pas être perturbée par la nouvelle réglementation concernant les diffuseurs soufflés, Sebastian Vettel a réalisé le meilleur temps en 1:37.258. Le champion du monde réalise ainsi le record du tour du circuit de Valence.
Deuxième après avoir réalisé le meilleur temps vendredi après-midi, Fernando Alonso confirme la bonne forme affichée par Ferrari depuis Monaco. Il devance son coéquipier Felipe Massa et Mark Webber.
McLaren Mercedes semble en revanche moins à son aise sur le circuit urbain de Valence, même si Jenson Button occupe la cinquième place devant trois autres monoplaces équipées d’un moteur Mercedes. Nico Rosberg devance ainsi Lewis Hamilton et Michael Schumacher. Le Top 10 est une nouvelle fois occupé par les cinq écuries de tête avec Lotus Renault GP qui place ses deux pilotes en neuvième et dixième position. Vitaly Petrov relègue la seconde R31 à plus de trois dixièmes.
Cette troisième séance a été assez calme et le seul incident est survenu dans les dernières secondes lorsque Kamui Kobayashi est parti à la faute dans le dernier virage. Le Japonais semble avoir été victime d’une crevaison qui l’a fait perdre le contrôle de sa monoplace, qui a légèrement touché le mur, endommageant l’aileron avant.
| Pos | Pilotes | Equipes | Temps | Ecart | Tours |
| 01 | S. Vettel | RBR | 1:37.258 | 15 | |
| 02 | F. Alonso | Ferrari | 1:37.678 | + 0.420 | 16 |
| 03 | F. Massa | Ferrari | 1:37.840 | + 0.582 | 17 |
| 04 | M. Webber | RBR | 1:38.068 | + 0.810 | 13 |
| 05 | J. Button | McLaren | 1:38.326 | + 1.068 | 13 |
| 06 | N. Rosberg | Mercedes | 1:38.580 | + 1.322 | 15 |
| 07 | L. Hamilton | McLaren | 1:38.741 | + 1.483 | 13 |
| 08 | M. Schumacher | Mercedes | 1:38.799 | + 1.541 | 14 |
| 09 | V. Petrov | Renault | 1:38.822 | + 1.564 | 17 |
| 10 | N. Heidfeld | Renault | 1:39.113 | + 1.855 | 15 |
| 11 | A. Sutil | Force India | 1:39.411 | + 2.153 | 19 |
| 12 | S. Perez | Sauber | 1:39.778 | + 2.520 | 18 |
| 13 | P. di Resta | Force India | 1:39.823 | + 2.565 | 18 |
| 14 | K. Kobayashi | Sauber | 1:39.848 | + 2.590 | |
| 15 | S. Buemi | Toro Rosso | 1:39.888 | + 2.630 | |
| 16 | R. Barrichello | Williams | 1:39.987 | + 2.729 | |
| 17 | P. Maldonado | Williams | 1:40.004 | + 2.746 | |
| 18 | J. Alguersuari | Toro Rosso | 1:40.239 | + 2.981 | |
| 19 | H. Kovalainen | Lotus | 1:41.267 | + 4.009 | |
| 20 | J. Trulli | Lotus | 1:41.690 | + 4.432 | |
| 21 | T. Glock | Virgin | 1:42.557 | + 5.299 | |
| 22 | V. Liuzzi | HRT | 1:43.243 | + 5.985 | |
| 23 | J. d’Ambrosio | Virgin | 1:43.309 | + 6.051 | |
| 24 | N. Karthikeyan | HRT | 1:44.630 | + 7.372 |

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