Borús időben indult az Orosz Nagydíj időmérő edzése, melyen George Russell volt az, aki elsőként a pályára hajtott a Q1-ben.
Az első mért kört Bottasé volt, aki 1:32.656-os idővel nyitott.
A Q1-ben végül Grosjean, Giovinazzi, Magnussen, Latifi és Räikkönen estek ki, míg George Russell a Williamsszel a 13. helyen jutott tovább, megelőzve a két Ferrarit.
A Q2 elején Hamilton máris jobb időt futott, mint Bottas korábban és az élre állt, de csak ideiglenesen, mivel elvették a brit versenyző körét pályaelhagyásért.
Ezt követően Ricciardo-Sainz-Perez-Bottas sorrend alakult ki az eredményjelző élén.
Két perccel a Q2 leintése után komoly ütközés történt, Sebastian Vettel alaposan összetörte Ferrariját, miután megcsúszott a kerékvetőn. A pályán heverő első szárnyára pedig még csapattársa, Leclerc is ráhajtott.
? RED FLAG ?
Sebastian Vettel loses the back end crashes into the wall
He is out of the car and appears to be fine#RussianGP ?? #F1 pic.twitter.com/cjbHzezc5P
— Formula 1 (@F1) September 26, 2020
A Q2-t piros zászlóval meg is szakították Vettel autójának eltakarítása idejére. Ekkor Albon, Stroll, Russell, Vettel és Hamilton álltak a kieső helyeken.
A folytatást a versenyzők a boxutcában sorakozva várták. Hamilton csak a sor végére állt be – mögötte csak Ocon volt -, hogy nekiinduljon a Q2 utolsó két percének.
A sor éléről induló két Red Bull gyorsan el is húzott, amint kiengedték őket, míg mögöttük a két AlphaTauri némileg feltartotta a többieket a boxból jövet…
Hamilton alatt meg is úszott a Mercedes a felvezető körön, de nem ütközött semmivel és senkivel. A brit versenyző a boly legvégén haladt, forgalomban. Éppen csak meg tudta kezdeni gyorskörét a leintés előtt.
Végül Hamilton a negyedik helyen jutott tovább Ricciardo, Bottas és Sainz mögött. Eközben Leclerc, Kvyat, Stroll, Russell és értelemszerűen Vettel nem jutottak tovább.
Q3-ban Hamilton hamar az élre állt, majd meg is tartotta első helyét, így ő indulhat majd a pole-ból a vasárnapi Orosz Nagydíjon. Mellőle Verstappen indulhat majd, míg a második sort Bottas és Perez foglalhatja majd el.
1:31.304-es idejével Hamilton körrekordot is döntött.
Az időmérő végeredménye:
| Versenyző | Csapat | Köridő | Differencia | |
| 1 | Lewis Hamilton | Mercedes | 1:31.304 | |
| 2 | Max Verstappen | Red Bull | 1:31.867 | 0.563 |
| 3 | Valtteri Bottas | Mercedes | 1:31.956 | 0.652 |
| 4 | Sergio Perez | Racing Point | 1:32.317 | 1.013 |
| 5 | Daniel Ricciardo | Renault | 1:32.364 | 1.06 |
| 6 | Carlos Sainz Jr. | McLaren | 1:32.550 | 1.246 |
| 7 | Esteban Ocon | Renault | 1:32.624 | 1.32 |
| 8 | Lando Norris | McLaren | 1:32.847 | 1.543 |
| 9 | Pierre Gasly | AlphaTauri | 1:33.000 | 1.696 |
| 10 | Alex Albon | Red Bull | 1:33.008 | 1.704 |
| 11 | Charles Leclerc | Ferrari | 1:33.239 | 1.935 |
| 12 | Daniil Kvyat | AlphaTauri | 1:33.249 | 1.945 |
| 13 | Lance Stroll | Racing Point | 1:33.364 | 2.06 |
| 14 | George Russell | Williams | 1:33.583 | 2.279 |
| 15 | Sebastian Vettel | Ferrari | 1:33.609 | 2.305 |
| 16 | Romain Grosjean | Haas | 1:34.592 | 3.288 |
| 17 | Antonio Giovinazzi | Alfa Romeo | 1:34.594 | 3.29 |
| 18 | Kevin Magnussen | Haas | 1:34.681 | 3.377 |
| 19 | Nicholas Latifi | Williams | 1:35.066 | 3.762 |
| 20 | Kimi Raikkonen | Alfa Romeo | 1:35.267 | 3.963 |