Mesmo com um carro visivelmente menos equilibrado que a Ferrari, Lewis Hamilton conseguiu dar não apenas uma, mas duas voltas fantásticas no Q3 em Xangai para marcar a 63º pole position de sua carreira.
Pouco mais de dois décimos de segundo separaram os pilotos da Mercedes e Ferrari após as primeiras tentativas no Q2, com Vettel marginalmente à frente de Hamilton, seguido por Valtteri Bottas e Kimi Raikkonen – que eventualmente foi mais rápido nesse segmento ao fazer uma segunda tentativa quando os outros não.
Mas Hamilton avançou para o topo no início do Q3, liderando Vettel quase dois décimos de segundo depois das primeiras tentativas, apesar de uma saída de frente na curva 3 e outra de traseira na curva 11.
O piloto Mercedes melhorou para 1m31.678s em sua tentativa final com uma volta mais limpa e confirmando a pole por apenas 0,186 segundos.
Bottas também fez uma excelente volta final no Q3, mas não conseguiu bater Vettel por apenas um milésimo de segundo.
Raikkonen perdeu muito no Q3, terminando em quarto e reclamando da traseira do carro, quase três décimos atrás de Bottas.
A Red Bull reconheceu que Daniel Ricciardo tirou tudo do seu carro ao alcançar o quinto tempo mais rápido, quase 1,5s fora do ritmo, mas quase meio segundo à frente da Williams de Felipe Massa.
Nico Hulkenberg surpreendeu e era o sexto mais rápido depois de sua volta única no Q3, mas isso foi bom o suficiente para o sétimo lugar para a Renault.
Sergio Perez, da Force India, foi o oitavo, logo à frente da Toro Rosso de Daniil Kvyat, enquanto o novato Lance Stroll completou o top 10 com a segunda Williams na sua primeira aparição no Q3.
A batalha para chegar ao top-10 foi extremamente apertada entre Stroll, Perez, as duas Toro Rossos e a Haas de Kevin Magnussen.
Carlos Sainz perdeu o top 10 por apenas 0,060s depois de não conseguir melhorar em sua segunda tentativa no Q2, enquanto Magnussen ficou apenas 0,014s mais atrás em 12º.
Fernando Alonso trouxe a McLaren-Honda pelo pescoço para fazer o top-10 no Q1 e classificou-se em P13, pouco mais de dois décimos atrás da Haas e quase sete décimos à frente da Sauber de Marcus Ericsson.
A Sauber inesperadamente conseguiu que ambos os carros passassem para o Q2, graças a Antonio Giovinazzi, que bateu forte na última curva e atrapalhou vários pilotos que vinham atrás completando voltas.
A estrela da classificação em Melbourne, Grosjean rodou na última curva, arruinando sua primeira tentativa no Q1 e depois sendo arruinado pela rodada de Giovinazzi no mesmo lugar.