Bár nem kellett annyit várni, mint az első szabadedzéseken szokás, de azért beletelt pár percbe, mire Kimi Raikkönen és a Haasok vezetésében felélénkült a monzai pálya péntek délután, amelyet éljenző nézők helyett ezúttal csak a motorok hangja töltött meg zajjal. Többen váltogatták egymást az első helyen, mígnem megérkeztek a Mercedesek, Hamilton ugyanis rögtön az élre állt, és később is csak pár pillanatra veszítette el az első helyet csapattársával szemben.
Háromnegyed óra elteltével a mezőny zöme egyszerre hajtott ki a bokszból az utolsó időmérős gyakorlásra, a versenyzők pedig olyannyira apelláltak egymás szélárnyékára, hogy látványosan lassú tempóban, hatalmas torlódással teljesítették csak a felvezető kört. Persze ezen próbák végén is a Mercedesek maradtak az első két helyen, Hamilton végül fél másodpercet faragott Bottas délelőtti etalonjából, a finnek pedig ezúttal be kellett érni a második hellyel, több mint két tizedes lemaradásban. Több versenyzőnek, így Daniel Ricciardónak, Alexander Albonnak és Sebastian Vettelnek is törölték leggyorsabb próbálkozását, amiért kiszélesítették a pályát a bukótér kezdeti szakaszán már aszfalttal rendelkező Parabolicában, ami így kissé árnyalhatta az erőviszonyokat a végeredményben.
Ekkor Pierre Gasly volt a harmadik az Alpha Taurival, de az utolsó percekben átvette tőle ezt a pozíciót Lando Norris, aki az edzés elején műszaki hiba miatt volt kénytelen a bokszban vesztegelni, így a többiekkel ellentétben a végére tartogatott még egy gyorskört.
Húsz perccel az edzés vége előtt Vettel megpördülő Ferrarijára szegeződtek a kamerák: a német a Lesmo 1-ből érkezett ki szélesen és elveszítette az autó hátulját. Noha a fallal való találkozást megúszta, a mögötte érkező Ricciardónak keményen a fékre lépnie. Pár perccel később Charles Leclerc is hibázott a Lesmóban, ő azonban megpördülés nélkül vissza tudott térni a bukótérből. Leclerc és Vettel végül a 9. és a 12. helyen zártak. Max Verstappen a délelőtti balesete után ezt az edzést már kényelmesen átvészelte az 5. helyen, de egy alkalommal ő is megjárta a füvet a Parabolicában.
Spinning Seb! #ItalianGP #F1 pic.twitter.com/EgD4Ncn4nM
— Formula 1 (@F1) September 4, 2020
A második szabadedzés végeredménye:
| # | Versenyző | Csapat | Idő | Hátrány | Kör |
| 1 | Lewis Hamilton | Mercedes | 1:20.192 | 32 | |
| 2 | Valtteri Bottas | Mercedes | 1:20.454 | 0.262 | 29 |
| 3 | Lando Norris | McLaren-Renault | 1:21.089 | 0.897 | 19 |
| 4 | Pierre Gasly | AlphaTauri-Honda | 1:21.121 | 0.929 | 25 |
| 5 | Max Verstappen | Red Bull-Honda | 1:21.228 | 1.036 | 30 |
| 6 | Carlos Sainz Jr. | McLaren-Renault | 1:21.313 | 1.121 | 30 |
| 7 | Daniil Kvyat | AlphaTauri-Honda | 1:21.376 | 1.184 | 35 |
| 8 | Lance Stroll | Racing Point-Mercedes | 1:21.389 | 1.197 | 32 |
| 9 | Charles Leclerc | Ferrari | 1:21.503 | 1.311 | 32 |
| 10 | Sergio Pérez | Racing Point-Mercedes | 1:21.594 | 1.402 | 31 |
| 11 | Esteban Ocon | Renault | 1:21.697 | 1.505 | 32 |
| 12 | Sebastian Vettel | Ferrari | 1:21.733 | 1.541 | 28 |
| 13 | Antonio Giovinazzi | Alfa Romeo-Ferrari | 1:21.786 | 1.594 | 32 |
| 14 | Alexander Albon | Red Bull-Honda | 1:21.883 | 1.691 | 36 |
| 15 | Daniel Ricciardo | Renault | 1:22.080 | 1.888 | 29 |
| 16 | Kevin Magnussen | Haas-Ferrari | 1:22.088 | 1.896 | 32 |
| 17 | Kimi Räikkönen | Alfa Romeo-Ferrari | 1:22.147 | 1.955 | 34 |
| 18 | Romain Grosjean | Haas-Ferrari | 1:22.254 | 2.062 | 34 |
| 19 | Nicholas Latifi | Williams-Mercedes | 1:22.825 | 2.633 | 32 |
| 20 | George Russell | Williams-Mercedes | 1:22.927 | 2.735 | 34 |
