Pebalap Italia itu mencetak waktu satu menit 30,168 detik untuk menggeser Jack Miller dari tim Pramac Racing ke peringkat dua dengan selisih 0,454 detik.
Sedangkan Pol Espargaro membawa KTM ke peringkat tiga, tak lebih dari 0,5 detik dari sang pemuncak sesi, demikian laman resmi MotoGP.
Sirkuit Ricardo Tormo sempat diguyur hujan yang membuat lintasan basah sebelum sesi latihan MotoGP.
Para pebalap baru berganti ke ban slick di 30 menit terakhir FP3, namun baru di menit-menit terakhir mereka mampu lebih baik dari catatan waktu mereka di sesi latihan sebelumnya pada Jumat.
Meski Morbidelli membuktikan dirinya sebagai yang tercepat, rekan satu timnya, Fabio Quartararo, yang berada di peringkat dua klasemen dengan margin 37 poin dari Joan Mir, akan harus menjalani Q1 terlebih dahulu karena terlempar dari peringkat sepuluh besar ke P11.
Baca juga: Miller geser Nakagami di puncak sesi latihan Grand Prix Valencia
Baca juga: Nakagami tercepat di Valencia, duet Yamaha tempel ketat
Johann Zarco, Maverick Vinales, Takaaki Nakagami, Joan Mir, Francesco Bagnaia, Miguel Oliveira dan Aleix Espargaro mendapat sisa tiket melaju langsung ke Q2 setelah catatan waktu mereka bertahan di sepuluh besar terbaik dari ketiga sesi latihan.
Andrea Dovizioso juga akan meramaikan pertarungan di Q1 setelah tergeser ke P13 di belakang rekan satu timnya di Ducati Danilo Petrucci.
Alex Rins, yang memiliki poin sama dengan Quartararo, juga akan mencoba memperebutkan tiket ke Q2 setelah finis P15, demikian juga Valentino Rossi yang belum beranjak dari P18.
Rookie KTM Tech3 Iker Lecuona akan melewatkan balapan karena positif terjangkit COVID-19 setelah pekan lalu ia menjalani isolasi karena kontak dengan saudara dan asistennya yang terpapar virus corona.
Sementara itu, Mir bisa mengunci gelar juara dunia jika ia finis dengan margin sedikitnya 26 poin dari rival-rivalnya di klasemen setelah GP Valencia usai.
Baca juga: Lecuona positif COVID-19, kembali absen di Valencia
Baca juga: Crutchlow gantikan Lorenzo sebagai test rider Yamaha mulai 2021
Baca juga: Di GP Valencia, fokus Vinales kali ini bukan ke perebutan gelar MotoGP
Pewarta: Aditya Eko Sigit Wicaksono
Editor: Dadan Ramdani
Copyright © ANTARA 2020