Fernando Alonso okazał się najszybszym kierowcą także podczas popołudniowej sesji treningowej w Monako, tym razem jak jedyny przełamując barierę jednej minuty i 15 sekund. Najbliższym rywalem kierowcy Ferrari był w drugiej sesji Nico Rosberg (Mercedesa), a na kolejnych trzech pozycjach znaleźli się Sebastian Vettel (Red Bull) i drudzy kierowcy Ferrari oraz Mercedesa – Felipe Massa i Michael Schumacher.
Robert Kubica (Renault) był w posiadaniu najlepszego czasu przez sporą część sesji, ostatecznie zajmując szóste miejsce ze stratą 0,288 sekundy do Alonso.
Po pierwszych dziesięciu minutach w posiadaniu najlepszego czasu był Sebastian Vettel (1:18,002), mając zaledwie 0,008 sekundy nad kolegą z zespołu Red Bull – Markiem Webberem. W chwilę później szybciej od obydwu kierowców pojechali między innymi Vitantonio Liuzzi (1:17,537) i Nico Hulkenberg, ale kolejne okrążenia Vettela i Webbera przywróciły ich na szczyt tabeli. Na trzecie miejsce awansował tymczasem
Robert Kubica (1:17,450), ale już po chwili przed Polakiem znalazł się Fernando Alonso z czasem 1:17,198.
Klasyfikacja zmieniała się bardzo szybko i w 16 minucie
Kubica wykręcił 1:16,101, awansując na pierwsze miejsce. Webber poprawił się na 1:16,420, a następnie pojechał szybciej od Kubicy, pokonując go o 0,045 sekundy. Trzeci przez chwilę był Adrian Sutil, ale przed kierowcą Force India znalazł się wkrótce Alonso. Tymczasem
Kubica powrócił na pierwsze miejsce, jako pierwszy przełamując w drugiej sesji barierę jednej minuty i 16 sekund (1:15,935), po czym podniósł poprzeczkę na 1:15,589, pomimo niewielkiego uślizgu w ostatnim zakręcie.
Jedynym incydentem w pierwszych dwudziestu minutach drugiej sesji był błąd Bruno Senny w nawrocie Loews. Brazylijczyk musiał użyć wstecznego biegu, aby móc kontynuować jazdę, ale nie uderzył w bariery, zatem obeszło się bez uszkodzenia bolidu. Po trzydziestu minutach kolejność kierowców w pierwszej dziesiątce była następująca:
Kubica, Webber, Alonso, Sutil, Schumacher, Vettel, Rosberg, Massa, Alguersuari i Pietrow. Webber poprawił swój czas na 1:15,744, ale nadal był drugi, choć jego strata do Kubicy zmniejszyła się do 0,155 sekundy. W chwilę później na trzecie miejsce wskoczył Lewis Hamilton, wykręcając 1:15,779. Webber swój przejazd zakończył z czasem 1:15,620, zmniejszając stratę do Kubicy do 0,031 sekundy.
W 37 minucie na czele klasyfikacji znaleźli się dwaj kierowcy Ferrari – Alonso i Massa, wykręcając na supermiękkich oponach odpowiednio 1:14,904 i 1:15,585. Massa poprawił się następnie na 1:15,120, zmniejszając swoją stratę do zespołowego kolegi do 0,216 sekundy. Ponadto przed Kubicą znalazł się Hamilton (1:15,434), spychając Polaka na czwarte miejsce. Tuż przed połową sesji kierowców Ferrari rozdzielił Rosberg, awansując na drugie miejsce z czasem 1:15,013. Kolejność w pierwszej dziesiątki wyglądała w tym momencie następująco: Alonso, Rosberg, Massa, Schumacher, Hamilton,
Kubica, Webber, Sutil, Button i Vettel.
W 57 minucie Buemi o mały włos nie stracił kontroli nad bolidem podczas hamowania za tunelem – prawie jak w przypadku Kimiego Raikkonena w 2008 roku, gdy Fin wpadł na Sutila. Szwajcar nie miał przed sobą żadnego samochodu, zatem uniknął uszkodzenia auta, choć musiał ściąć szykanę. Niewykluczone, że kłopoty kierowcy STR wynikały z deszczu, który zaczął kropić w kilku miejscach toru. Deszcz kropił przez kilkanaście minut, ale nawierzchnia pozostawała generalnie sucha i kierowcy uzyskiwali nadal dobre czasy. Między innymi swój czas zdołał poprawić
Kubica, wykręcając na miękkich oponach 1:15,257 (P7). Polak poprawił się następnie na 1:15,192, co pozwoliło mu na przeskoczenie Hamiltona w tabeli czasowej. Wcześniej Vettel wykręcił 1:15,099 i wskoczył na trzecie miejsce.
W końcówce sesji deszcz przybrał trochę na sile, powodując kilka nerwowych momentów, ale jak do tej pory nikt nie uderzył w bariery w drugiej sesji. Nie zanosiło się jednak na to, aby ktokolwiek był w stanie poprawić swój czas w ostatnich pięciu minutach sesji. Warto wspomnieć, że problemy z bolidami mieli najwyraźniej Trulli i Senna, bowiem obaj kierowcy mieli przejechanych odpowiednio tylko 13 i 11 okrążeń, podczas gdy większość miała ponad trzydzieści. Po zakończeniu sesji kierowcy ponownie przeprowadzili próbne starty.
322
Kamui Kobayashi zajmie miejsce w klasyfikacji końcowej? Typ: NIE @ 1.65 bwin 6/10 
