A mugellói pálya történtének második Formula-1-es szabadedzése továbbra is száraz körülmények között, közép-európai idő szerint 15 órakor elindult, és kilenc percnek kellett eltelnie, hogy megjelenjenek az első köridők az időmérő monitorokon. Bő tíz perccel később persze már a megszokott látvány tárult a megfigyelők szeme elé, hiszen egy Mercedes ugrott a tabella élére Valtteri Bottasszal, a finn pedig innentől kezdve a végsőkig megőrizte a legjobb pozíciót. A bajnokság második helyezettje utolsó egykörös menetével egy másodpercet faragott addigi legjobbján, így első versenyzőként ment be 1:17-es köridő alá Mugellóban.
Csapattársa, Lewis Hamilton csak két tizedmásodpercre tudta őt megközelíteni, míg nagyon hasonló köridővel Max Verstappen a harmadik helyen zárt a másik Red Bull, a már közel egy másodperces hátrányt felhalmozó Alexander Albon előtt. Őket a Renault-k követték harmadik erőként, mielőtt az utolsó 30-40 percre a teljes mezőny átváltott a hosszú etapok gyakorlására.
Két versenyző azonban már nem jutott el eddig a pontig: Romain Grosjean autójában elektronikai hiba ütötte fel a fejét, így a Haas franciája 5 kör megtétele után kiszállt, és korai búcsúra kényszerült Lando Norris is, aki a kavicságyat megcsípve elvesztette az irányítást a McLaren felett egy széles kanyarvételnél, az autója pedig orral a falnak csapódott.
A két Ferrari-pilóta, Charles Leclerc és Sebastian Vettel egy-egy megpördüléssel vetették magukat észre, miközben a 10. és a 12. helyen végeztek, de az utolsó negyedórában egy furcsa ütközést is láthattunk Sergio Perez és Kimi Raikkönen között. A mexikói a bokszutcából érkezett ki, az 1-es kanyarban pedig első szárnyával hozzáért a befordulni készülő finn jobb hátsó kerekéhez, így kipörgetve Raikkönent a kavicságyba. Vissza tudott ugyan jönni onnan az Alfa Romeo, ám a törmelékek eltakarításának idejére rövid piros zászlós szakaszt rendeltek el, az esetet pedig vizsgálat alá helyezték.
A brief red flag delay after Perez and Raikkonen come together as the Racing Point exits the pit lane
— Sky Sports F1 (@SkySportsF1) September 11, 2020
Live on Sky Sports F1
Live on the App and Sky Go
Live Blog: https://t.co/CkqLNAZAQx#SkyF1 | #F1 | #TuscanGP pic.twitter.com/TnA0I0MJII
A leintést követően is maradt egy esemény: Vettel nem tért vissza a bokszba, minden jel szerint műszaki gond miatt a 13-as kanyarban megállt a pálya szélén.
A második szabadedzés végeredménye:
| # | Versenyző | Csapat | Idő | Hátrány | Kör |
| 1 | Valtteri Bottas | Mercedes | 1:16.989 | 28 | |
| 2 | Lewis Hamilton | Mercedes | 1:17.196 | 0.207 | 29 |
| 3 | Max Verstappen | Red Bull-Honda | 1:17.235 | 0.246 | 25 |
| 4 | Alexander Albon | Red Bull-Honda | 1:17.971 | 0.982 | 28 |
| 5 | Daniel Ricciardo | Renault | 1:18.039 | 1.050 | 32 |
| 6 | Esteban Ocon | Renault | 1:18.115 | 1.126 | 29 |
| 7 | Sergio Pérez | Racing Point-Mercedes | 1:18.198 | 1.209 | 34 |
| 8 | Pierre Gasly | AlphaTauri-Honda | 1:18.244 | 1.255 | 30 |
| 9 | Kimi Räikkönen | Alfa Romeo-Ferrari | 1:18.385 | 1.396 | 38 |
| 10 | Charles Leclerc | Ferrari | 1:18.400 | 1.411 | 27 |
| 11 | Lance Stroll | Racing Point-Mercedes | 1:18.462 | 1.473 | 37 |
| 12 | Sebastian Vettel | Ferrari | 1:18.498 | 1.509 | 39 |
| 13 | Carlos Sainz | McLaren-Renault | 1:18.651 | 1.662 | 32 |
| 14 | Lando Norris | McLaren-Renault | 1:18.658 | 1.669 | 9 |
| 15 | Daniil Kvyat | AlphaTauri-Honda | 1:18.736 | 1.747 | 33 |
| 16 | George Russell | Williams-Mercedes | 1:18.843 | 1.854 | 33 |
| 17 | A.Giovinazzi | Alfa Romeo-Ferrari | 1:18.944 | 1.955 | 35 |
| 18 | Nicholas Latifi | Williams-Mercedes | 1:18.983 | 1.994 | 31 |
| 19 | Kevin Magnussen | Haas-Ferrari | 1:19.113 | 2.124 | 32 |
| 20 | Romain Grosjean | Haas-Ferrari | 1:19.257 | 2.268 | 5 |
