Efter Jonny Bairstow gjorde 64 och Alex Hales 51 halkade turisterna från 116-1 till 211-9 - både Eoin Morgan och Jos Buttler var ute första bollen.
De behövde Adil Rashid och David Willey för att nå 282.
Indien A utmed kusten, Ajinkya Rahane 91 att få hem dem med mer än 10 overs att undvara.
Detta bakslag kommer efter att England slog en annan Indien A line-up med tre wickets på tisdag.
Den kastar också upp ytterligare frågor över topp-order battting.
Den vanliga topp fyra skulle bestå av Hales, Jason Roy - som hade otur att bli bowlad när en del av hans hjälm föll på borgen - Joe Root och Morgan.
Root har inte spelat i uppvärmningen efter ankomsten sent på grund av födelsen av sin son, medan kapten Morgan, återvänder till sidan efter att ha missat turnén av Bangladesh över säkerhetsrädslor, har gjort bara tre körningar i två innings.
Sam Billings gjorde 93 i första matchen och Bairstow tryckte på här.
Morgan är inte den enda som saknar form. Moeen Ali har gjort bara en körning i sina två innings och var den tredje av tre wickets att falla i utrymmet av åtta bollar.
Rashid, som delade 71 för 10: e wicket med Willey, tjänade upp en följd av korta bollar i sju overs av ben spinn som gick för 51 - och inte en av Englands bowlare hanterade en ekonomisk takt på under sex.
BBC Sports Tim Peach i Mumbai
Det sätt som kapten Eoin Morgan och vice kapten Jos Buttler avskedades på gav en bild av det senaste Englands mellanordningskollaps i Indien.
Båda fångades och bowlades, första bollen, prodding lätt fångster tillbaka till bowlaren, missbedömda takten i Wicket.
England kommer dock att bli mycket nöjdare med sin topporder. Inte bara Hales och Bairstow nådde hälften centurier, men Jason Roy tittade i fin form innan hans olyckliga uppsägning. Han stod upp för vad som tycktes vara en tidsålder, och han kunde inte riktigt räkna ut hur borgenerna hade upplösts.
Vi får ofta höra hur djupt England fladdermus, och detta bevisades av ett bekymmerslöst 70-run partnerskap mellan Rashid och Willey, som hjälpte till att göra målet mer respektabel.
England slogs hårt av India A i sin andra och sista uppvärmning match innan en dag internationella serien börjar på söndag.